MXene Malzemesi Pillerin Performansını Arttırıyor!

İrlanda’daki Drexel Üniversitesi ve Trinity College’de bulunan araştırmacılar, lityum-iyon pillerin kapasitesini arttırmak için MXene malzemesini silikon anoda ekleyecekler. Bu malzeme, silikon anotların kırılma noktasına kadar genişlemesini engelliyor ve daha yüksek performans ile pillerin çalışmasını sağlıyor. Detaylar haberimizde.

A- A+

05.03.2019 tarihli yazı 6692 kez okunmuştur.

Günümüzde kullanılan en yeni lityum-iyon piller telefonlar ve elektrikli arabaların şarj ömrünü %40’a kadar artırabiliyor. Uzun süren araştırmalar sonucunda pil teknolojisindeki bu gelişmenin nedeni, pilin grafit anodunun silikon anotlar ile değiştirilmesiydi. Drexel Üniversitesi ve İrlanda'daki Trinity College'de bulunan araştırmacılar, silikona MXene adı verilen özel bir malzeme ekleyerek lityum-İyon pillerinin daha yüksek verim sağlayacağını söylüyorlar.

Grafit Anotlar Yerine Silikon Anotların Kullanılması

Drexel Nanomalzemeler Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde yer alan araştırmanın ortak yazarı Yury Gogotsi, silikon anotların lityum-iyon pillerdeki grafit anotların yerine kullanılmasının pillerde depolanan enerji miktarını büyük ölçüde değiştirdiğini söylüyor.

►İlginizi Çekebilir: Patlamayan Lityum İyon Pil Teknolojisi

Aküler, katot ve anottaki yükleri tutarak çalışır. Bu yükler anottan katoda ilerlerken cihazları şarj ediyor, şarj işlemi sona erdikten sonra iyonlar anoda geri dönüyor. Pil ömrünü geliştirmek için, bu zamana kadarki çalışmalarda elektrotların daha fazla iyon gönderme ve alma kabiliyetini geliştirme yolları araştırılıyordu. Geliştirilen yeni yöntem ile lityum-iyon pillerindeki grafit anodun yerine silikon anodun kullanılarak elektronların iyon alma kapasitesi arttırılıyor. Bunun nedeni silikon atomunda dört lityum iyonu, grafit anotlar da ise altı karbon atomunda sadece bir lityum iyonunun yer almasıdır. Fakat silikon anotlar şarj edildikçe, silikonlar kırılma noktasına kadar genişliyor ve bu genişleme pilin bozulmasına neden olabiliyor.

Silikonların Kırılmasını Engelleyen MXene Çözümü Geliştirildi

MXene malzemesi silikonun anodun şarj sırasında kırılma noktasına kadar genişlemesini önleyerek daha uzun süre kullanım sağlıyor. Gogotsi, silikon anotlara MXene malzemesinin eklenmesi ile pillerde depolanan enerjinin stabilize edildiğini söylüyor. MXene malzemesinin tabakaları, silikon anodunun genişlemesini ve kırılmasını önleyerek, düzenli bir lityum alışverişi sağlıyor.

►İlginizi Çekebilir: Lityum İyon Pillerin Kapasitesi Artırılabilir

Drexel ve Trinity grubu, melez bir silikon-MXene anodu oluşturmak için, silikon tozu ve MXene çözeltisini karıştırıyor. MXene, nano boyutlarındaki silikon tozunu rasgele dağıtıyor ve silikon parçacıkların etrafını sararak sürekli bir ağ oluşturuyor. MXene, iletken katkı malzemesi ve bağlayıcı olarak işlev görüyor. MXene malzemesinin oluşturduğu çerçeve iyon alışverişi sırasında, silikon anodunun genişlemesini önlüyor.

Araştırmacılar, MXene malzemesinin mekanik dayanımının oldukça kuvvetli olduğunu ve anodunun yaklaşık 450 mikron kalınlığına kadar dayanabileceğini söylüyorlar. MXene malzemesi ‘max fazı’ adı verilen, kimyasal olarak oyulmuş katmanlı bir seramik malzemeden oluşuyor. Araştırmacılar, bugüne kadar her biri birbirinden biraz farklı özelliklere sahip 30’dan fazla MXene türü ürettiklerini belirtiyorlar.

►İlginizi Çekebilir: Akıllı Solar Pencereler İçin Silikon Nano Teller Geliştirildi

Grup, silikon-MXene anotlarını test etmek için, titanyum karbür ve titanyum karbonitrid kullanıyorlar. Ayrıca grup, silikon nano parçacıklarından yapılan grafit ile sarılmış, batarya anotlarını da test ettiklerini ve bu 3 malzemeye MXene malzemesi eklenmesi sonucu normal grafit anot veya silikon anotlara göre daha yüksek lityum-iyon kapasitesinin ortaya çıktığını söylüyorlar. Bu malzeme 100 ile 1000 kat arasında daha yüksek iletkenlik ortaya çıkarıyor. Ayrıca MXene, silikonun mekanik kararsızlığını da iyi çözüyor. Bu şekilde MXene’nin silikon ile birleşmesi, yüksek performanslı nano yapıların inşa edilmesine fırsat veriyor.

Araştırmacılar 30’dan fazla üretilen MXene malzemesinin farklı türlerini kullanarak, pil elektronlarının elektrokimyasal yapısının performansını arttırmasını hedefliyorlar.

Yazar:Pelda Gezer

Kaynak:

►interestingengineering.com
►sciencedaily.com
►drexel.edu