Araştırmacılar, lityum iyon pillerde kullanılan lityum-demir oksit katotların performansını, alüminyum ve silikon gibi bol miktarda elementle katkılayarak önemli ölçüde geliştirdiler.
Yeni nesil lityum iyon piller için uygun maliyetli ve yüksek kapasiteli bir katot olan lityum açısından zengin demir oksidin şarj-şarj döngüsü, kolayca bulunabilen mineral elementlerle doping yapılarak büyük ölçüde geliştirilebilir.
Şarj edilebilir lityum-iyon piller için uygun maliyetli bir katot malzemesi olan lityum-demir-oksidin enerji kapasitesi ve şarj-şarj döngüsü (dönüştürülebilirliği), az miktarda bol miktarda element eklenerek iyileştirilir. Araştırmacıların elde ettiği gelişme Hokkaido ÜniversitesiTohoku Üniversitesi ve Nagoya Teknoloji Enstitüsü’nün dergide bildirdiği gibi…
Lityum-iyon piller, cep telefonları, elektrikli araçlar ve büyük güç depolama sistemleri dahil olmak üzere çok sayıda uygulamada kullanılan modern yaşamın vazgeçilmezi haline geldi. Kapasitelerini, verimliliklerini ve sürdürülebilirliklerini artırmak için sürekli bir araştırma çalışması yürütülmektedir. En büyük zorluk, nadir ve pahalı kaynaklara olan bağımlılığı azaltmaktır. Yaklaşımlardan biri, önemli elektron değişim işlemlerinin gerçekleştiği pil katotları için daha verimli ve sürdürülebilir malzemeler kullanmaktır.
Araştırma Gelişmeleri ve Zorluklar
Araştırmacılar, belirli bir lityum-demir-oksit bileşiğini temel alarak katotların performansını artırmaya çalıştı. 2023’te bir rapor verdiler, gelecek vaat eden katot malzemesi, Li5FeO4Demir ve oksijen redoks reaksiyonlarını kullanarak yüksek kapasite sergileyer. Ancak gelişimi, şarj-şarj döngüsü sırasında oksijen üretimiyle ilgili sorunlarla karşılaştı.
Kimya Fakültesi Kimya Bölümü’nden Doçent Hiroaki Kobayashi, “Artık, katodun kristal yapısına alüminyum, silikon, fosfor ve kükürt gibi bol miktarda bulunan elementlerin küçük miktarlarının eklenmesiyle döngüselliğin önemli ölçüde artırılabileceğini bulduk” diyor. Bilim, Hokkaido Üniversitesi.
Lityum-demir-oksit katodunun kapasite tutma kapasitesi, alüminyum, silikon, fosfor ve kükürt gibi bol miktarda bulunan elementlerle katkılandığında %50’den %90’a çıkar.
Geliştirmenin çok önemli bir kimyasal yönünün, yapı içindeki katkı maddesi ve oksijen atomları arasında güçlü ‘kovalent’ bağların oluşması olduğu kanıtlandı. Bu bağlar, pozitif ve negatif yüklü iyonlar arasındaki ‘iyonik’ etkileşimden ziyade, elektronlar atomlar arasında paylaşıldığında atomları bir arada tutar.
Kobayashi, “Dopant ve oksijen atomları arasındaki kovalent bağ, oksijenin sorunlu salınımını enerji açısından daha az elverişli hale getiriyor ve dolayısıyla meydana gelme olasılığını azaltıyor” diyor.
Araştırmacılar, farklı katkı elemanlarının eklenmesinin katot malzemesinin yapısında neden olduğu değişikliklerin ince ayrıntılarını keşfetmek için X-ışını absorpsiyon analizini ve teorik hesaplamaları kullandı. Bu onların gözlemledikleri gelişmeler için teorik açıklamalar önermelerine olanak sağladı. Ayrıca katodun enerji kapasitesi, stabilitesi ve şarj ile deşarj aşamaları arasındaki döngüdeki gelişmeleri ölçmek için elektrokimyasal analiz kullandılar ve kapasite tutma oranının %50’den %90’a arttığını gösterdiler.
Kobayashi sözlerini şöyle bitiriyor: “İklim değişikliğiyle mücadeleye yönelik küresel çabaların gerektirdiği şekilde, elektrik enerjisinin fosil yakıt kullanımının geniş çapta yerini alması durumunda hayati önem taşıyacak pil teknolojisindeki ilerlemelere önemli bir katkı sağlamayı umarak bu yeni anlayışları geliştirmeye devam edeceğiz.” .
Araştırmanın bir sonraki aşaması, yöntemlerin ticarileştirilmeye hazır teknolojiye dönüştürülmesindeki zorlukların ve olasılıkların araştırılmasını içerecektir.
Referans: Hiroaki Kobayashi, Yuki Nakamura, Yumika Yokoyama, Itaru Honma ve Masanobu Nakayama tarafından yazılan “Uygun Maliyetli Yüksek Enerjili Lityum-İyon Pil Katotlarına Doğru: Kovalent Bağ Oluşumu Antiflorit Tipi Lityum Açısından Zengin Demir Oksitte Katı Hal Oksijen Redoksunu Güçlendiriyor” 22 Nisan 2024, ACS
0 Yorumlar