California San Diego Üniversitesi ve Toyota Research Institute of North America araştırmacıları, lityum-iyon pillerin üretimi ve geri dönüşümü daha kolay hale getiren ama performansı düşüren bir fluorursuz yapıştırıcı (binder) geliştirdi. Yeni yapışkan su kullanarak toksik çözücülere ihtiyaç kalmadan pil üretimini sadeleştiriyor; aynı zamanda değerli elektrot malzemelerinin sadece suda bekletilerek geri kazanılmasını sağlıyor.
Bu tür yapıştırıcılar, elektrot parçalarını birbirine bağlayıp pillerin içindeki ince metal folyolara tutunduran, yapışkan benzeri malzemeler. Pil ağırlığının küçük bir kısmını oluşturmakla birlikte üretim, dayanıklılık ve geri dönüşüm açısından önemli rol oynuyorlar.
Geleneksel lityum-iyon piller genellikle güçlü yapışma ve tekrarlayan şarj-deşarj döngülerinde kararlılık sağlayan flor içerikli yapıştırıcılar kullanır. Ancak bu malzemeler üretim sırasında toksik çözücülere ihtiyaç duyar; elektrotları kurutmak için büyük fırınlar kullanılır, ardından çözücüleri geri kazanıp arıtmak için ek işlemler uygulanır.
Bu ekstra adımlar pil üretiminin maliyetini ve enerji tüketimini önemli ölçüde artırıyor. Çalışmanın ilk yazarı ve UC San Diego’daki doktora sonrası araştırmacı Jiao Lin, “Bu ekstra adımlar pil üretiminin maliyetini ve enerji kullanımını — çevresel etkisini de — belirgin biçimde artırıyor” dedi.
Yapıştırıcılar aynı zamanda geri dönüşüm sırasında da sorun çıkarıyor; geride yüksek sıcaklıklar veya koruyucu kimyasalların kaldırması gereken artıklar bırakıyorlar.
Bu zorlukları aşmak için araştırmacılar iki ucuz polimeri birleştirdi: esneklik sağlayan akrikilik asit ve dayanıklılığı ile yapışmayı iyileştiren, bitkiden elde edilen karboksimetil selüloz. Polimler su içinde eritildikten sonra sitrik asit eklenerek kimyasal olarak güçlendirilmiş bir ağ oluşturuldu.
Bu yapı, geleneksel flor içerikli malzemelerle rekabet etmek için gereken dayanıklılığı, kararlılığı ve esnekliği sağlıyor.
Araştırmacılar yapışkanı demir fosfat lityum ve nikel açısından zengin katotlar gibi çeşitli elektrot malzemeleriyle, ayrıca grafit ve silikon anotlarla sınadılar. Yeni yapıştırıcı kullanılarak üretilen piller, geleneksel hücrelerle karşılaştırılabilir başlangıç performansı gösterdi; bazı testlerde ise yüzlerce ila binlerce şarj döngüsünden sonra daha iyi kapasite tutulumu sergiledi.
Takım ardından malzemenin geri dönüşümü sadeleştirip sadeleştiremeyeceğini inceledi. Yüksek sıcaklık veya koruyucu kimyasal uygulamak yerine pilleri söküp elektrotları suda bıraktılar. Yapışkan eriyerek elektrot kaplamalarının metal folyolardan artık bırakmadan temiz biçimde ayrılmasını sağladı.
Araştırmacılar, geri kazanılan elektrot malzemelerini doğrudan dönüşüm süreçleriyle yeniledi ve yeni piller üretmek için kullandı. Dönüştürülmuş hücreler, geleneksel flor içerikli yapıştırıcılardan elde edilen malzemelerle üretilen pillerle karşılaştırılabilir performans gösterdi.
Araştırmacılar şimdi yapışkanı farklı pil kimyaları için optimize etmeyi ve ticari üretim için üretimi ölçeklendirmeyi planlıyor; ayrıca sanayi ortaklarıyla ticarileşmeyi araştırıyor. Çalışma Nature Communications dergisinde yayımlandı.
Bu Gelişmeyi Toplulukta Değerlendirin
Haber hakkındaki düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi ve teknik sorularınızı topluluk üyeleriyle anlık olarak tartışın.
Söz sizde.
Deneyiminizi, sorularınızı ve katkılarınızı paylaşın. E-posta adresiniz yayımlanmaz.