Yeni nesil metal iyon pillerin kapasiteleri artıyor

Skoltech Enerji Bilimi ve Teknolojisi Merkezi‘ndeki bilim adamları, çok çeşitli metal iyon pil katot malzemelerinin kapasitesini artırmak için zenginleştirilmiş ve ölçeklenebilir bir yaklaşım geliştirdiler. Journal of Materials Chemistry A dergisinde yayınlanan bu bulguların, yeni nesil gelişmiş şarj edilebilir enerji depolama cihazları geliştirmek için faydalı olması hedefleniyor.

Pil katot malzemelerinin kapasitesini artırmak için yöntem geliştiriyor

Modern lityum iyon pillerin oluşturulması birkaç bilimsel buluş sayesinde mümkün hale geldi. Nobel ödüllü John B. Goodenough tarafından yapılan çalışmalardan biri tersine çevrilebilir lityum iyonları içeren katot (Anotun zıttı olarak tanımlanabilecek, pozitifliği ve negatifliği duruma göre değişen iletken uçtur) materyallerinin geliştirilmesini içeriyor.

Bu malzemelerin uygulanması, lityum metal gibi güvenli olmayan anotların önlenmesine yardımcı oldu. Bununla beraber sınırlı kapasite, orta düzeyde döngü dengesi, düşük şarj-deşarj oranı ve çevre dostu sorunlar gibi birtakım problemlerin hala çözülmesi gerekiyordu.
Yıllar boyunca araştırmacılar daha iyi pil malzemeleri geliştirmek için muazzam çaba sarf etti. Sonuç olarak, ilgi çekici özelliklere sahip çeşitli katot malzemeleri üretildi. Bununla beraber bu malzemelere dayanan piller çoğu zaman tam enerji yoğunluklarına güvenli olmayan bir şekilde ulaşabilir. Katotlardaki bu sorun hareketli metal iyonlarının bulunmamasından kaynaklanır. Bu sorun sınırlı kapasiteye yol açar.

Skoltech Ph.D. Keith Stevenson‘ın gözetimindeki öğrenci Roman Kapaev, bu sorunun nasıl çözülebileceğini gösterdi. Katotların, örneğin naftalin veya fenazin gibi aromatik bileşiklerden türetilen alkali metal tuzları olan indirgeyici ajanların çözeltileriyle işlemden geçirilmesi önerdi.
Yaklaşımın önemli bir avantajı ölçeklenebilirliğidir. Süreç karmaşık koşullar gerektirmez ve nispeten güvenlidir. Ek olarak, indirgeyici ajanlar katotlarla reaksiyona girdikten sonra geri dönüştürülebilir. Çünkü redoks kimyası tersine çevrilebilir. Bu özellikler yöntemi büyük ölçekli uygulamalar için umut verici kılar.

Ayrıca bu yaklaşım geniş bir organik ve inorganik pil malzemeleri yelpazesi için uygundur. Dahası yalnızca lityum iyon piller için değil aynı zamanda potansiyel olarak daha sürdürülebilir, daha düşük maliyetli enerji depolama cihazları olan sodyum ve potasyum iyon piller için de geçerlidir.