Çinli araştırmacılar, yüksek enerji yoğunluğuna sahip (600 Wh/kg’ın üzerinde) ve drone‘ların ve elektrikli dikey kalkış ve iniş uçaklarının sınırlı uçuş dayanıklılığını giderme potansiyeline sahip bir lityum metal batarya geliştirdi.
Bu batarya, Tianmushan Laboratuvarı ve Tsinghua Üniversitesi’nden oluşan ortak bir ekip tarafından, her iki elektrotu da korumak için tasarlanmış yeni bir elektrolit katkısı kullanılarak üretildi. Araştırma, yüksek enerji yoğunluğuna sahip lityum metal bataryaların ticari kullanımını sınırlayan stabilite, çevrim ömrü ve güvenlik sorunlarına odaklanıyor.
Geliştirilen batarya 602,5 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşıyor. Mevcut ticari lityum-iyon bataryalar genellikle grafit anotlar kullanır ve yaklaşık 350 Wh/kg’lık teorik bir enerji yoğunluğu limitine yaklaşmaktadır. Bu limit, geleneksel bataryaların elektrikli uçakların dayanıklılık gereksinimlerini karşılamasını giderek zorlaştırmaktadır.
LİTYUM metal, daha yüksek kapasiteli bir alternatif sunarken, önemli teknik zorluklar da beraberinde getirmektedir. Yüksek voltajlı çalışma koşullarında elektrolit ayrışması meydana gelebilirken, anot üzerinde iğne benzeri LİTYUM dendritleri oluşabilir. Bu dendritler bataryanın stabilitesini azaltır ve güvenlik riskleri oluşturabilir. Araştırmacılar, bu nedenle yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmakla birlikte çevrim ömründen veya güvenli çalışmadan ödün vermeden bunu başarmakta zorlanmıştır.
Çinli ekip, yüksek nikel içerikli üçlü katotlara sahip 10Ah cep bataryalarında elektrolit tasarımını test etti. Bu bataryalar 550,7 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaştı ve 180 çevrimden sonra orijinal kapasitelerinin %80’ini korudu.
Araştırmacılar, LİTYUM metal anotu, lityum açısından zengin manganez bazlı bir katot ile eşleştirdiğinde, geri dönüşümlü özgül enerji 602,5 Wh/kg’a yükseldi. Bu, mevcut güç bataryalarına kıyasla %50’den fazla bir iyileşme temsil ediyor.
Gelişmenin arkasındaki temel prensip, araştırmacıların “katkı-güçlü koordinasyon çözelti yapısı” olarak tanımladıkları bir yaklaşım. Bu yöntem, bataryanın elektrotlarında meydana gelen reaksiyonları kontrol etmek için yeni bir elektrolit katkısı kullanıyor. Katotta, bu katkı, tekrarlanan yüksek voltajlı şarj ve deşarj sırasında katot malzemesine zarar görmesini önleyen ince ve yoğun bir koruyucu film oluşturuyor. Ayrıca, LİTYUM metal anot üzerinde kararlı bir arayüz tabakası oluşturarak LİTYUM dendrit oluşumunu baskılıyor, LİTYUM iyon taşınım verimliliğini artırıyor ve ilgili güvenlik risklerini azaltıyor. Bu elektrolit tasarımı, hücrenin her iki tarafını koruyarak, yüksek enerji yoğunluğu, çevrim stabilitesi ve güvenli çalışma gibi lityum metal bataryalarında eş zamanlı olarak elde edilmesi zor olan özellikleri dengelemeyi amaçlıyor.
Bu teknoloji, Çin’in gelişmekte olan düşük irtifa ekonomisini destekleyebilir. Ancak daha geniş çapta kullanımı, depolayabileceği enerji miktarıyla sınırlıdır. 600 Wh/kg seviyesindeki bir batarya, mevcut ticari hücrelere kıyasla aynı kütle için önemli ölçüde daha fazla enerji taşıyabilir. Bu, elektrikli uçakların havada daha uzun süre kalmasına yardımcı olabilir, ancak çalışma belirli uçuş süresi tahminleri sunmadı.
Teknolojinin henüz ticari kullanıma hazır olmadığı belirtiliyor. Araştırmacılar, bunun hala laboratuvar araştırması aşamasında olduğunu ve büyük ölçekli üretim için daha fazla teknik geliştirme gerektirdiğini vurguluyor. Bu araştırma, Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Bu Gelişmeyi Toplulukta Değerlendirin
Haber hakkındaki düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi ve teknik sorularınızı topluluk üyeleriyle anlık olarak tartışın.
Bir yanıt yazın