Daha güvenli ve daha güçlü lityum-iyon piller

Araştırmacılar, dizüstü bilgisayarlar, suni kalpler ve cep telefonları dahil olmak üzere dünyanın birçok elektronik cihazına güç sağlamak için kullanılan pillerin iletkenliğini ve emniyetini artırmak için çalışıyorlar.

Virginia Commonwealth Üniversitesi, Beşeri ve Toplumsal Bilimler Fakültesinin Fizik Bölümü’nde seçkin bir profesör olan Puru Jena  “Lityum iyon pillerin, bir pil elektrotundan diğerine şarj edilmesine yardımcı olan sıvı haldeki elektrolitlerden kaynaklanan kararsızlığı bilim insanlarının önleyebileceği bir tehlikedir” dedi.  Bu kararsızlığa rağmen, sıvı haldeki elektrolitler, daha kararlı katı hal elektrolitleri üzerindeki iletken üstünlüğü nedeniyle lityum iyon pillerde yaygın bir haldedir.

Jena ve Fizik Bölümü’ndeki  meslektaşı  Hong Fang’in yaptığı teorik araştırmalar, katı hal elektrolitlerin sadece sıvı eşdeğerlerine yardımcı olmakla kalmayıp aynı zamanda çok dengeli bir şekilde tasarlanmasının mümkün olduğunu göstermektedir.  Bu ay Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabında yayınlanan bulguları daha güvenli ve daha güçlü lityum iyon pillerin oluşturulmasına olanak sağlayabilir.

Bir pilin merkezi olan elektrolitler, pozitif ve negatif iyonlardan oluşan tuzlardır. Pozitif iyonlar, elektronlardan daha fazla protonu olan atomlar iken, negatif iyonlar protonlardan daha fazla elektrona sahip olan atomlardır. Bir lityum-iyon pilde pozitif lityum iyonları, elektrolitler vasıtasıyla elektrotlar arasında akar. Lityum iyonları sıvı haldeki elektrolitler yoluyla serbestçe akabilir ancak iletkenliği olumsuz yönde etkileyen katı hal elektrolitlerde daha az hareketlidir.

Araştırmacılar katı haldeki elektrolitlerdeki iletkenliği geliştirmek için tek bir negatif iyonun alındığı bir hesaplama modeli üretti. Negatif küme iyonları  (protonlardan daha fazla elektron içeren atom grupları) mevcut olmayan iyonu değiştirmektedir.

Bilim adamları daha önce başka araştırmacılar tarafından test edilmiş belirli bir katı hal elektrolit üzerinde bir bükülme kavramsallaştırdı. Aslında, “antiperovskites” adı verilen bir kristal ailesine ait olan elektrolit, üç lityum atomundan ve bir oksijen atomundan yapılmış pozitif iyonları içeriyordu. Pozitif iyonlar negatif bir iyon olan tek bir klor atomuyla birleştirildi.

Hesaplama modelinde, klor atomu, bir bor atomu ve mevcut pozitif iyonlara katılan dört florin atomu tarafından oluşturulan negatif küme iyonu atomuyla değiştirilir. Potansiyel olarak iletkenliği arttırmak için negatif küme iyonlarının diğer kombinasyonları da belirlendi.  Dr. Fang “Klor iyonunu küme iyonlarıyla değiştirmek iletkenliği artırıyor. Çünkü bu iyonlar daha büyük ve lityum iyonlarının hızlı bir şekilde sıvıya dönmüş gibi hareket etmesine izin veriyor ” dedi.  Şu anda  Dr. Jena ve Dr. Fang, nihai lityum iyon pil uygulamaları için laboratuvar ortamında hesaplama modellerini test etmek için ortak araştırmacılar arıyorlar.

Kaynak: sciencedaily.com