Bilim insanları lityum iyon piller için ultra düşük konsantrasyonlu bir elektrolit geliştirdi.
Lityum tuzları pillerin gücünü artırır ama aynı zamanda maliyetlerini de artırır. Çok düşük konsantrasyonda lityum tuzu LiDFOB içeren yeni bir elektrolit, daha ucuz ve daha sürdürülebilir bir seçenek sunabilir.
Bir araştırma ekibinin dergiye bildirdiği gibi, bu elektrolitleri ve geleneksel elektrotları kullanan hücrelerin yüksek performansa sahip olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca elektrolit, pillerin hem üretimini hem de geri dönüşümünü kolaylaştırabilir.
Geleneksel Elektrolitlerle İlgili Zorluklar
Lityum iyon piller (LIB’ler) akıllı telefonlara ve tabletlere güç sağlar, elektrikli araçları çalıştırır ve enerji santrallerinde elektrik depolar. Çoğu LIB’nin ana bileşenleri, lityum kobalt oksit (LCO) katotları, grafit anotları ve ayrıştırılmış katot ve anot reaksiyonları için hareketli iyonlar sağlayan sıvı elektrolitlerdir.
Bu elektrolitler, elektrotlar üzerinde oluşan fazlar arası katmanın özelliklerini belirler ve dolayısıyla akü çevrim performansı gibi özellikleri etkiler. Bununla birlikte, ticari elektrolitler hâlâ çoğunlukla 30 yılı aşkın bir süre önce formüle edilen bir sisteme dayanmaktadır: 1,0 ila 1,2 mol/L lityum heksaflorofosfat (LiPF)6) karboksilik olarak asit esterler (“karbonat çözücü”).
Son on yılda, yüksek konsantrasyonlu elektrolitler (> 3 mol/L) geliştirildi ve sağlam, inorganik ağırlıklı ara fazlar katmanlarının oluşumunu destekleyerek pil performansını artırdı. Bununla birlikte, bu elektrolitler yüksek viskoziteye, zayıf ıslatma kabiliyetine ve düşük iletkenliğe sahiptir.
Gerekli olan büyük miktarlardaki lityum tuzları da onları çok pahalı hale getiriyor ve bu da genellikle fizibilite açısından kritik bir parametre. Maliyetleri azaltmak için ultra düşük konsantrasyonlu elektrolitlere (< 0,3 mol/L) yönelik araştırmalar da başlamıştır. Bunların dezavantajı, pil hücresinin az sayıdaki tuz anyonlarından daha fazla solventi ayrıştırması ve bunun da organik ağırlıklı ve daha az stabil bir fazlar arası katmana yol açmasıdır.
LiDFOB Elektrolit ile Çığır Açan Teknoloji
Ningbo Üniversitesi’nden (Çin) ve Porto Riko Üniversitesi-Rio Piedras Kampüsü’nden (ABD) Jinliang Yuan, Lan Xia ve Xianyong Wu liderliğindeki bir ekip, lityumda pratik uygulamaya uygun olabilecek ultra düşük konsantrasyonlu bir elektrolit geliştirdi. iyon pilleri: LiDFOB/EC-DMC.
LiDFOB (lityum difloro(oksalato)borat) yaygın bir katkı maddesidir ve LiPF’den önemli ölçüde daha ucuzdur6. EC-DMC (etil karbonat/dimetil karbonat) ticari bir karbonat solventidir.
Elektrolit, ağırlıkça yüzde 2’lik (0,16 mol/L) potansiyel olarak rekor kıran düşük bir tuz içeriğine sahiptir, ancak bir pili çalıştırmak için yeterince yüksek iyonik iletkenliğe (4,6 mS/cm) sahiptir. Ayrıca DFOB’un özellikleri– anyonlar, LCO ve grafit elektrotlar üzerinde inorganik ağırlıklı, sağlam bir fazlar arası katman oluşumuna izin vererek yarım ve tam hücrelerde olağanüstü döngü stabilitesi sağlar.
LiPF iken6 mevcut kullanımda nem varlığında ayrışır ve oldukça toksik ve aşındırıcı hidrojen florür gazı (HF) açığa çıkarır; LiDFOB suya ve havaya dayanıklıdır. Katı kuru oda koşulları yerine, LiDFOB’lu LIB’ler ortam koşullarında yapılabilir; bu da ek bir maliyet tasarrufu özelliğidir. Geri dönüşüm aynı zamanda önemli ölçüde daha az sorun yaratacak ve daha fazla sürdürülebilirliğe yol açacaktır.
Referans: Zhishan Liu, Wentao Hou, Haoran Tian, Qian Qiu, Irfan Ullah, Shen Qiu tarafından “Pratik Lityum-iyon Pillerde Kararlı Döngüleme için Karbonat Çözücülerde Ultra Düşük Konsantrasyonlu ve Neme Dayanıklı Lityum Difloro(oksalato)borat Elektroliti” , Wei Sun, Qian Yu, Jinliang Yuan, Lan Xia ve Xianyong Wu, 14 Mart 2024.
Çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Zhejiang Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı, Ningbo Bilim ve Teknoloji İnovasyonu 2025 Büyük Projesi ve NSF Giyilebilir Teknolojileri Geliştirme Merkezi tarafından finanse edildi.
0 Yorumlar