Enerji

Daha güçlü ve daha güvenli li-ion piller

Paylaş

Çeşitli üniversitelerdeki araştırmacılar, cep telefonları, bilgisayarlar ve suni kalpler dahil olmak üzere kullanılan birçok elektronik cihaza gerekli olan gücü sağlamak için kullanılmakta olan pillerin iletkenliğini ve güvenliğini artırmak için çalışmalarını sürdürüyorlar.

Virginia Commonwealth Üniversitesi, Fizik Bölümü’nde önemli bir yere sahip olan Prof. Peru Jena “Li-ion pillerin, bir pil elektrodundan diğer pil elektroduna şarj edilmesinde rol oynayan sıvı haldeki elektrolitlerden kaynaklanan kararsızlığı araştırmacıların önleyebileceği büyük bir tehlikedir.” dedi. Buna rağmen, sıvı halde olan elektrolitler, daha kararlı katı hal elektrolitleri üzerindeki iletken üstünlüğü sebebiyle li-ion pillerde yaygın bir haldedir.

Prof. Dr. Peru Jena ve meslektaşı Prof. Dr. Hong Fang’in tamamladığı teorik araştırmalar, katı hal elektrolitlerin yalnızca sıvı muadillerine yardımcı olmakla kalmayıp, bununla beraber çok dengeli bir şekilde üretilmesinin mümkün olduğunu göstermektedir.

Elektrolitler, pozitif (+) ve negatif (-) iyonlardan oluşan tuzlardır. Ve bu tuzlar bir pilin merkezini oluşturmaktadır. Negatif iyonlar, protonlarda daha fazla elektrona sahipken, pozitif iyonlar elektronlardan daha fazla protona sahiptir. Bir li-ion pilde pozitif iyonlar, elektrolitler aracılığıyla elektrotlar arasına akar. Lityum iyonları sıvı halde bulunan elektrolitler ile serbestçe akabilir fakat iletkenliği negatif yönde etkileyen katı hal elektrolitlerde daha az hareketlidir.

Bilim insanları katı halde bulunan elektrolitlerdeki iletkenliği daha iyi hale getirmek için tek bir negatig (-) iyonunun alındığı bir hesaplama modeli üretti. Negatif (-) küme iyonları mevcut olmayan iyonu değiştirmektedir.

Araştırmacılar daha önce başka bilim insanları tarafından teste tabi tutulmuş belirli bir katı hal elektrolit üstünde bir bükülme kavramsallaştırdı. Konuyu biraz daha açacak olursak; “antiperovskites” ismiyle anılan bir kristal ailesine ait olan elektrolit, 3 lityum atomundan ve bir oksijen atomundan yapılan pozitif (+) iyonları içeriyordu. Negatif bir iyon olan klor atomuyla pozitif iyonlar birleştirildi.

Geliştirilen hesaplama modelinde, bir bor atomu, klor atomu ve mevcut pozitif (+) iyonlarla katılan 4 florin atomu tarafından yapılan negatif (-) küme iyonu atomuyla değiştirilir. İletkenliği potansiyel olarak artırmak için negatif (-) küme iyonlarının başka kombinasyonları da belirlendi. Prof. Dr. Fang “Küme iyonlarıyla klor iyonunu değiştirmek iletkenliği artırıyor. Çünkü bu iyonlar daha büyük olması nedeniyle lityum iyonlarının daha hızlı bir şekilde sıvıya dönüşmüş gibi hareket etmesine olanak sağlıyor.” dedi. Şuanda Prof. Dr. Jena ve Fang, son li-ion pil uygulamaları için birlikte laboratuvar ortamında hesaplama modellerini denemek amacıyla ortak araştırmacılar arıyorlar.