Yıllardır lityum iyon piller akıllı telefonlardan elektrikli araçlara kadar her şeye güç sağlıyor. Ancak sıvı elektrolitlere olan bağımlılıkları, yangın tehlikelerine yol açabilen dengesizlikleri nedeniyle önemli güvenlik endişelerine yol açıyor. Soğuk üretim yöntemi üzerine araştırmalar yapan Penn State’teki araştırmacılar artık daha güvenli ve daha güvenilir bir alternatif üzerinde çalışıyorlar: tüketici elektroniğinde ve elektrikli araçlarda devrim yaratabilecek pillerde kullanılmak üzere katı hal elektrolitleri (SSE’ler).
Soğuk üretim yöntemi ile süreç nasıl ilerliyor?
Geleneksel lityum iyon pillerin aksine katı hal piller, sıvı elektrolitler yerine katı hal elektrolitleri (SSE’ler) kullanır. Penn State’te endüstri ve üretim mühendisliği yardımcı doçenti olan Hongtao Sun temel farkı açıklıyor.
Sun: “Şarj edilebilir piller iki dahili elektrot içerir: bir tarafta anot ve diğer tarafta katot. Elektrolitler bu iki elektrot arasında bir köprü görevi görerek iletkenlik için hızlı bir taşıma sağlar. Lityum iyon piller sıvı elektrolitler kullanırken, katı hal piller SSE’ler kullanır” diyor. Katı hal pilleri, sıvı bazlı sistemlere kıyasla gelişmiş kararlılık ve güvenlik dahil olmak üzere çok sayıda avantaj sunar. Ancak Sun, teknolojinin özellikle üretim ve katı elektrolitlerin iletkenliğini sağlama konusunda hala önemli engellerle karşı karşıya olduğunu belirtiyor.
Katı hal pilleri üretmenin önündeki temel engellerden biri, seramik bazlı SSE’lerin üretiminde yer alan yüksek sıcaklıklardır. Soğuk üretim yöntemi bu yüksek sıcaklık sorununu aşmaya yardımcı olabilir. Bu yüksek sıcaklıklar üretim sürecini tehlikeye atabilir ve pratik uygulamalarını engelleyebilir.
Sun ve ekibi bu sorunu ele almak için soğuk sinterleme olarak bilinen bir teknik kullandı. Soğuk sinterleme, soğuk üretim yönteminin bir parçası olarak, geleneksel yöntemlere göre çok daha düşük sıcaklıklarda seramik-polimer kompozitler oluşturmak için basınç ve az miktarda sıvı çözücü kullanır. Sun: “İşlem, geleneksel sinterlemeye göre çok daha düşük sıcaklıklarda çalıştığı için ‘soğuk’ olarak adlandırılır. İşlemi tamamlamak için basınç ve az miktarda sıvı çözücü kullanıyoruz, bu da onu çok daha enerji verimli hale getiriyor” dedi. Bu yenilikçi yöntem, pilin genel verimliliğini artıran LATP-PILG olarak bilinen oldukça iletken bir seramik-polimer kompozitin dahil edilmesine olanak tanır.
