Bir araştırma ekibi, lityum iyon pillerin ultra düşük sıcaklıklarda verimli bir şekilde çalışmasını sağlayan yeni bir elektrolit geliştirdi. Zhejiang Üniversitesi’nde profesör olan Fan Xiulin liderliğindeki uluslararası ekip, geliştirmenin pillerin eksi 80 santigrat derece (eksi 112 Fahrenheit) kadar düşük sıcaklıklarda etkili bir şekilde çalışmasına olanak sağlayacağını iddia ediyor.
South China Morning Post’a (SCMP) göre araştırmacılar ayrıca pillerde daha önce keşfedilmemiş bir iyon taşıma mekanizmasını da ortaya çıkardı. bu mekanizma, aşırı koşullar altında çalışabilen yüksek enerjili pillerin geliştirilmesine zemin hazırlama potansiyeline sahip. Xiulin, bu pillerin telekomünikasyon, trenler, arktik keşifler, havacılık ve elektrikli araçlar gibi çeşitli alanlarda kullanım alanı bulabileceğinin altını çiziyor. Ekibin araştırmasının ayrıntıları Science dergisinde yayınlandı.
Düşük sıcaklıklarda çalışan piller enerji yoğunluğu sorunun çözebilir
Düşük sıcaklıktaki ortamlara uygun lityum iyon piller oluşturmak, yüksek enerji yoğunluğu, geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve tek bir pilde hızlı şarj etme özellikleri arasında denge kurmanın zorluğu nedeniyle zorlayıcı oluyor. Bunun nedenlerinden biri, tüm bu özelliklerin, iyonları elektrotlar arasında hareket ettiren ve birbirine karşıt niteliklere sahip bir pil bileşeni olan bir elektrolite bağlı olması.
SCMP’ye göre ekip, bu zorluğu çözmek için mevcut elektrolit tasarımlarıyla “ulaşılamaz” olan pil özelliklerine olanak tanıyan çok küçük solvent moleküllerinden oluşan bir elektrolit yarattı. Araştırmalarına göre elektrolit, soğuk ortamlarda ultra hızlı şarjı kolaylaştırdı. Bu, lityum iyon pillerin eksi 112 Fahrenheit (80 Celcius) kadar düşük sıcaklıklarda büyük kapasite ve kararlılıkla çalışmasına olanak sağladı. Pil, son derece düşük sıcaklıklarda 10 dakikada kapasitesinin yüzde 80’ini şarj edebiliyor.
Organik bir çözücü içinde karıştırılan lityum tuzları, lityum iyon akü elektrolitlerinin olağan bileşenler. Elektrolitler pildeki iyonik iletkenliği veya iyon hareketini kısıtlıyor. Bununla birlikte, geniş bir sıcaklık aralığında birçok çözücünün test edilmesini içeren dört yıllık bir araştırmadan sonra grup, bir elektrolit oluşturmak için floroasetonitril olarak bilinen bir çözücü kullandı.
Araştırmacılar, SCMP’ye göre, düz kese pil hücreleri olarak da bilinen yumuşak paket lityum iyon pilleri kullanarak yapılan deneylerde, elektrolitin piller içinde keşfedilmemiş bir yapısal hareket modunu kolaylaştırdığını keşfetti. Araştırmacılar, elektrolitteki küçük solvent moleküllerinin lityum iyonlarının etrafında iki kılıf tabakası oluşturduğu ve iyonların içinden geçebileceği kanallar oluşturduğu bu sürece “ligand-kanal taşınması” adını veriyor. Ligand kanalıyla kolaylaştırılmış iletim mekanizması, zorlu ortamlarda çalışan yüksek enerjili pilleri mümkün kılıyor. SCMP’ye göre bu yöntem, elektrolitlerinin -94 Fahrenheit (70 santigrat derece) sıcaklıkta standart elektrolitlere göre 10.000 kat daha iyi iyon iletkenliğine sahip olmasını sağladı.
Ekibe göre, elektrolitin geleneksel bir pil tasarımında düzgün çalışabileceğini garanti etmek için daha fazla araştırma gerekiyor.
