Haber Detayı
-50 derecede 400 Wh/kg: Çinli ekipten enerji yoğunluğunda rekor
Çinli bilim insanları, florlu hidrokarbon bazlı yeni elektrolit tasarımıyla lityum pillerde 700 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaştı. Gelişme, düşük sıcaklıklarda da yüksek performans vadediyor.
Çinli araştırmacılar, lityum pillerde yıllardır aşılamayan kinetik sınırlamaları yeni bir elektrolit tasarımıyla geride bıraktı.
Florlu hidrokarbon çözücüler temelinde geliştirilen yeni elektrolit sistemleri sayesinde pillerde kilogram başına 700 watt-saat enerji yoğunluğuna ulaşıldı.Çalışma, Nankai University Kimya Fakültesi’nden Prof.
Zhao Qing’in, üniversitenin Rektör Yardımcısı Chen Jun’un ve Shanghai Institute of Space Power Sources araştırmacısı Li Yong’un ekipleri tarafından yürütüldü.
Bulgular, 25 Şubat’ta Nature dergisinde çevrim içi olarak yayımlandı.Geleneksel elektrolitlerin sınırlarıTicari lityum pillerde elektrolitler genellikle lityum tuzları ve karbonat ester bazlı çözücülerden oluşuyor.
Bu yapılarda lityum iyonları ile çözücüdeki oksijen atomu arasındaki iyon-dipol etkileşimi, lityum tuzlarının çözünmesini sağlıyor.Ancak bu çözücüler düşük ıslanabilirliğe sahip ve yüksek miktarda kullanılması gerekiyor.
Bu durum enerji yoğunluğunun artırılmasını zorlaştırıyor.
Ayrıca güçlü lityum-oksijen etkileşimi, arayüzeylerdeki yük transferini yavaşlatıyor.
Düşük sıcaklıklarda performans ciddi şekilde düşüyor ve mevcut piller genellikle -50°C’nin altında verimli çalışamıyor.Florlu hidrokarbon çözücülerle yeni yaklaşımAraştırma ekibi, bu sorunları aşmak için florlu hidrokarbon bazlı yeni çözücü molekülleri tasarlayıp sentezledi.
Geliştirilen sistem, lityum tuzlarının etkin biçimde çözünmesini sağlarken geleneksel lityum-oksijen koordinasyon modelinin yerini alıyor.Oksijen koordinasyonlu elektrolitlere kıyasla florlu hidrokarbon çözücüler daha yüksek ıslanabilirlik ve kullanım verimliliği sunuyor.
Bu sayede gerekli elektrolit miktarı önemli ölçüde azalıyor.
Daha zayıf lityum-flor koordinasyonu ise düşük sıcaklıklarda dahi hızlı yük transferine imkân tanıyor.700 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşıldıYeni elektrolit sistemiyle geliştirilen lityum piller, oda sıcaklığında kilogram başına 700 watt-saat özgül enerji değerine ulaştı. -50°C gibi aşırı soğuk koşullarda ise enerji yoğunluğu yaklaşık 400 watt-saat/kg seviyesinde korunuyor.Araştırmacılara göre flor koordinasyonu sayesinde lityum tuzlarının çözünmesi; flor atomlarının elektron yoğunluğunun ve çözücü moleküllerin uzaysal engelinin hassas biçimde ayarlanmasıyla mümkün oldu.
Bu yaklaşım, yüksek özgül enerji ve düşük sıcaklık dayanımı gibi avantajlar sunuyor.Mevcut sistemlerle karşılaştırmaHalihazırda CATL tarafından geliştirilen üçlü lityum yapısına sahip Qilin battery, sistem bazında 250–255 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşıyor.
Bu değer, mevcut ticari lityum piller için üst sınır olarak kabul ediliyor.700 Wh/kg değeri hücre seviyesini ifade ediyor olabilir.
Ancak bu durumda bile toplam sistem enerji yoğunluğunda önemli bir artış potansiyeli anlamına geliyor.
Nitekim geliştirme aşamasındaki katı hal pillerde dahi 400 Wh/kg seviyesi henüz aşılmış değil.Araştırmanın ticarileşmesi halinde, katı hal olmayan lityum pillerde enerji yoğunluğunun yeni bir eşiğe taşınabileceği belirtiliyor.
