Devrim Yaratan Pil Teknolojisi Daha Az Şarj Süresi, Daha Fazla Enerji Depolama Vaat Ediyor

Şarj edilebilir lityum iyon piller enerji geçişinde çok önemli bir rol oynuyor ancak katmanlı oksit elektrotları şarj sırasında dengesiz hale gelerek çevrim ömürlerini kısaltıyor. Araştırmacılar, elektrot malzemesine kimyasal kısa menzilli düzensizlik katarak yapısal stabiliteyi geliştirerek daha uzun çevrim ömrüne ve daha kısa şarj sürelerine yol açtı.

Pillerin çevrim ömrünü ne belirler? Ve daha da önemlisi bunu nasıl genişletebiliriz? TU Delft liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, oksit katot malzemesindeki yerel düzensizliğin Li-ion pillerin şarj ve deşarj sayısını artırdığını keşfetti.

Kararsız elektrot

Şarj edilebilir piller, özellikle de giderek daha fazla yenilenebilir enerjinin mevcut olduğu günümüzde, enerji geçişinin önemli bir bileşenidir. Birçok şarj edilebilir pil türü arasında Li-ion piller en güçlü ve en yaygın kullanılanlar arasındadır. Bunları elektriksel olarak bağlamak için katmanlı oksitler genellikle elektrot olarak kullanılır. Ancak pil şarj edilirken atomik yapıları kararsız hale gelir. Bu sonuçta pilin çevrim ömrünü etkiler.

Yerel bozukluk

Bu sorunu çözmek için TU Delft’teki ‘Elektrokimyasal Enerjinin Depolanması’ grubu uluslararası araştırmacılarla bir araya geldi. Makalenin baş yazarı Qidi Wang: “Li-ion piller için katot malzemesi olarak kullanılan katmanlı oksit düzgün bir şekilde sıralanmıştır. Geliştirilmiş bir sentez yöntemiyle bu malzemeye kimyasal kısa menzilli düzensizliği katmak için bir yapı tasarımı çalışması yaptık. Sonuç olarak pil kullanımı sırasında daha stabil hale geldi.”

Geliştirilmiş yapısal stabilite, 200 şarj/deşarj döngüsünden sonra pilin kapasitesinin korunmasını neredeyse iki katına çıkardı.

Daha uzun çevrim ömrü, daha kısa şarj süresi

Geliştirilmiş yapısal stabilite, 200 şarj/deşarj döngüsünden sonra pilin kapasitesinin korunmasını neredeyse iki katına çıkardı. Ayrıca bu kimyasal kısa menzilli bozukluk, elektrottaki yük aktarımını artırarak şarj sürelerinin kısalmasına neden olur. Ekip, lityum kobalt oksit (LiCoO) gibi köklü ticari katotlar için bu avantajları gösterdi.₂) ve lityum nikel manganez kobalt oksit (NMC811).

Kritik malzemeler

Sonuçlar, daha düşük üretim maliyeti ve daha küçük CO2 ile yeni nesil Li-ion pillerin ortaya çıkmasına yol açabilir₂ ömrü boyunca depolanan enerji birimi başına ayak izi. Ekip bundan sonra aynı malzeme tasarım ilkelerinin daha az bulunan ham maddelerden katotlar oluşturmak için kullanılıp kullanılamayacağını araştıracak.

Makalenin kıdemli yazarı Marnix Wagemaker, “Hem kobalt hem de nikel enerji teknolojileri açısından kritik malzemeler olarak adlandırılıyor ve bu malzemelerin pillerde kullanımının azaltılması iyi bir şey olabilir” diyor.

Referans: Qidi Wang, Zhenpeng Yao, Jianlin Wang, Hao Guo, Chao Li, Dong Zhou, Xuedong Bai, Hong Li, Baohua Li, Marnix Wagemaker ve Chenglong Zhao tarafından yazılan “Lityum oksit katotlarda kimyasal kısa menzilli bozukluk”, 8 Mayıs 2024 , Doğa.