Bilim insanları, geleceğin bataryalarını ilgilendiren büyük bir zorluğun üstesinden gelmek için yenilikçi bir kimya yöntemi geliştirdi. Bu gelişme, tek bir şarjla 800 kilometre yol kat edebilen ve yalnızca 12 dakikada şarj olan yeni nesil elektrikli araç (EV) bataryalarının önünü açıyor.
Lityum-metal bataryalar, standart lityum-iyon bataryalardan, grafit anot yerine lityum metal kullanılmasıyla ayrılır. Araştırmacılar, bu tasarımların çok daha yüksek enerji yoğunluğu sunduğunu belirtti.
EV sürücüleri için bu, daha hızlı şarj olan ve daha uzağa giden bataryalar anlamına geliyor. Ancak bilim insanları, şarj sırasında anot üzerinde büyüyen ve zamanla batarya performansını düşüren dallı, kristal yapıdaki 'dendritler' nedeniyle etkili lityum-metal bataryalar üretemiyordu. Bu durum, hızlı şarj sırasında daha da kötüleşiyor ve bataryanın kısa devre yapma riskini artırıyordu.
Ancak 3 Eylül'de Nature Energy dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada, bilim insanları dendrit büyümesini engellemenin bir yolunu buldu.
Sır, yeni bir tür sıvı elektrolitte yatıyor. Araştırmacılara göre, 'kohezyonu engelleyen' sıvı elektrolit, dendrit büyümesini bastırarak bataryaların hızlı şarj kapasitesini artırıyor ve ömrünü 300.000 km'nin üzerine çıkarıyor.
Hem lityum-iyon hem de lityum-metal bataryalar, batarya şarj olurken ve deşarj olurken katot ile anot arasında lityum iyonlarını taşıyan sıvı bir elektrolit içerir. Yukarıda belirtildiği gibi, iki batarya türü arasındaki fark, lityum-iyon bataryadaki grafitten ziyade lityum metalin kullanılmasıdır.
Batarya fiziğinde enerji yoğunluğu, bir bataryanın ağırlığına veya hacmine oranla ne kadar enerji depolayabildiğini ifade eder; bu, bir elektrikli aracın tek bir şarjla ne kadar uzağa gidebileceğinin önemli bir faktörüdür.
Araştırma ekibi, dendrit oluşumunun temel nedeninin 'lityum metal yüzeyindeki düzensiz arayüzey kohezyonu' olduğunu belirledi. Başka bir deyişle, lityum iyonlarının şarj sırasında anot boyunca eşit olarak çökmediğini ve dendritlerin oluşmaya başlayabileceği zayıf noktalar yarattığını fark ettiler.
Bu sorunu çözmek için, iyonların anot yüzeyine daha eşit bir şekilde yerleşmesine yardımcı olan ve dendritlere kümelenmelerini önleyen kimyasal olarak yapılandırılmış bir sıvı elektrolit geliştirdiler.
Laboratuvar testlerinde, batarya 12 dakikada %5'ten %70'e şarj oldu ve bu hızı 350 döngü boyunca korudu. Bilim insanları, daha yüksek kapasiteli bir versiyonun 180 şarj döngüsü boyunca 17 dakikada %80 şarja ulaştığını belirtti.
Çalışmanın ortak yazarı ve Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde (KAIST) kimya ve biyomühendislik profesörü, geliştirilen yöntemin lityum-metal bataryaların teknik zorluklarını aşmada önemli bir temel oluşturduğunu söyledi.
Bu gelişmenin, elektrikli araçlar için lityum-metal bataryaların pazara sunulmasının önündeki en büyük engeli aştığı vurgulandı.
