Lityum-iyon piller, akıllı telefonlardan elektrikli araçlara ve güneş enerjisi depolama sistemlerine kadar birçok teknolojide kullanılan önemli enerji depolama çözümlerinden biridir. Ancak bu pillerin öncüsü sayılabilecek lityum-metal piller, daha yüksek enerji yoğunluğu potansiyeline sahip olsa da yangın riski nedeniyle yaygın olarak kullanılmamıştır. Kaliforniya NanoSistemler Enstitüsü’nde (CNSI) görevli araştırmacıların yaptığı son çalışma, lityum-metal piller için güvenli bir gelecek vadeden temel bir keşfi açıklıyor. Nature dergisinde yayınlanan araştırmada, lityumun gerçek şeklinin keşfedilmesi ve yeni bir kaplama tekniği üzerindeki çalışmalar detaylarıyla anlatılıyor.
Metalik lityum, normal koşullarda yüzeylere kaplama yapılırken hızla kimyasallarla reaksiyona girer ve korozyon oluşturur. Bu durum, lityum-metal pillerin geliştirilmesinin önündeki büyük bir engeldir. Ancak CNSI araştırmacıları, bu korozyonun önlenmesini sağlayan bir teknik geliştirdiler ve elde edilen sonuçlar oldukça dikkat çekici: Lityum atomları, beklenmedik bir şekilde zar şeklinde olan rombik dodekaedron adı verilen bir yapıya organize oluyor. Bu yapı, Dungeons and Dragons gibi rol yapma oyunlarında kullanılan zarlara benzeyen 12 yüzlü bir şekle sahiptir.
Araştırmanın baş yazarı olan Yuzhang Li, bu konuda yaptığı açıklamada, “Lityum metal hakkında binlerce makale bulunuyor ve yapısal açıklamaların çoğu niteliktir, örneğin ‘dallı’ veya ‘sütun gibi’. Yüzey korozyonunu engellediğimizde, bu belirsiz şekiller yerine, metalin kristal yapısına dayanan teorik tahminlere uyan tek bir çok yüzlü şekil gördük. Sonuç olarak, bu çalışma lityum-metal pilleri nasıl anladığımızı değiştirmemize olanak sağlıyor” dedi.
Lityum-metal piller, lityum-iyon pillere kıyasla çok daha yüksek enerji yoğunluğu sunar. Ancak, bu pillerin ana dezavantajı olan yangın riski, lityumun hızlı ve kontroldışı bir şekilde reaksiyona girmesinden kaynaklanmaktadır. Araştırmacılar, bu riski azaltmanın yollarını ararken, lityumun gerçek şeklinin keşfi önemli bir adım olarak öne çıkıyor.
Araştırma ekibi, lityumu yüzeylere kaplama sürecini hızlandıran yeni bir teknik geliştirdi. Bu yeni yöntem sayesinde, lityum kaplama işlemi sırasında oluşan korozyonun önüne geçilebiliyor. Bu da lityum atomlarının daha düzenli bir şekilde organize olduğu bir yapı oluşturmasını sağlıyor. Ekip, küçük bir elektrot üzerinden daha hızlı akım geçirerek bu yeni kaplama yöntemini başarıyla uyguladı.
Araştırmacılar, dört farklı elektrolit kullanarak lityumu farklı yüzeylere kapladılar. Karşılaştırmalı analiz sonuçları, standart teknikle elde edilen formların aksine, korozyonsuz kaplama yöntemi ile lityum atomlarının minik dodekaedronlar şeklinde düzenli yapılar oluşturduğunu gösterdi. Bu yapılar, bakterinin boyutuyla kıyaslanabilecek kadar küçük ve oldukça düzenli bir yapıya sahip.
Araştırmacılar, lityumun bu düzenli şeklini gözlemlemek için cryo-elektron mikroskopisi (cryo-EM) adı verilen bir görüntüleme tekniği kullandılar. Bu teknik, dondurulmuş örneklerden geçen elektron ışınları yardımıyla atom seviyesinde detayları gösterir. Lityum, elektron demetlerine maruz kaldığında parçalanırken, cryo-EM yöntemi sayesinde incelenebilir hale getirildi.
Bu keşif, lityum-metal piller için daha güvenli ve performanslı bir geleceğin kapılarını aralıyor. Araştırmacılar, bu yeni keşfin gelecekte lityum-metal pillerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalara büyük katkı sağlayabileceğine inanıyorlar.
Yorumlar