in

Yeni katot, lityum-iyon pillerin üç katı enerji depolayabilir

Lityum iyon piller, akıllı telefonlar, elektrikli araçlar ve yenilenebilir enerji gibi mobil talepler için en çok kullanılan enerji depolama ortamını temsil eder. Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları, bu pilleri daha uzun süre dayanacak yeni yöntemler geliştirmek için aktif olarak çalışıyorlar. Şimdi, önemli bir atılım lityum-iyon pillerin enerji yoğunluğunu üç katına çıkarabilir.

Haberler Maryland Üniversitesi (UMD), ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı’nda araştırmacılardan oluşan bir ekip tarafından bildirildi. Nature Communications’da yayınlanan yeni bir çalışmada   yazan araştırmacılar, yeni bir katot materyalini, tasarlanan bir demir triflorid (FeF3) formunu tanımladılar.

Ticari enerji depolama donanımında kullanılan çoğu katodun aksine, demir triflorür çevre dostu ve ucuz elemanlardan oluşur. Hem demir hem de florid, geleneksel katot malzemelerinden daha yüksek kapasitelere sahiptir.

Bir batarya  esas olarak voltaj ve kapasite sağlamak için seri veya paralel bağlı elektrokimyasal hücrelerden oluşur. Her bir hücre, elektrotlar arasında iyon transferine izin veren ayrışmış tuz ile bir elektrolit olarak adlandırılan bir elektrolitik çözeltiyle bölünen bir pozitif (katot) ve negatif (anot) elektrot içerir.

Tipik olarak, çoğu lityum iyon pillerinde kullanılan grafit anotlar katotlardan daha büyük kapasiteye sahiptir. “Katot malzemeleri, lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunu daha da geliştirmek için her zaman darboğazdır,” diyor UMD’de bir bilim adamı ve makalenin baş yazarlarından biri olan Xiulin Fan.

“Normalde lityum-iyon akülerde kullanılan malzemeler interkalasyon kimyasına dayanmaktadır,” diyor Brookhaven’daki kimyacı Enyuan Hu ve makalenin baş yazarlarından biri. “Bu tür kimyasal reaksiyon çok verimlidir; bununla birlikte, sadece tek bir elektronu transfer eder, bu yüzden katot kapasitesi sınırlıdır. FeF3 gibi bazı bileşikler, dönüşüm reaksiyonu olarak adlandırılan daha karmaşık bir reaksiyon mekanizması vasıtasıyla çoklu elektronları transfer edebilir. ”

 

Araştırmacılara göre FeF3 katot, lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunu üç katına çıkarma potansiyeline sahiptir. Bu potansiyele tam olarak ulaşılırsa, fosil yakıtlardan yenilenebilir enerjiye geçişimizi hızlandırabiliriz . Şu anda mevcut olan menzilin üç katı bir elektrikli aracı veya gece boyunca güneş panellerinden üç kat fazla enerji depolayabilen bir evi düşünün.

Tabii ki, FeF3 katotları bilim için tam olarak yeni değil. Bununla birlikte, tarihsel olarak bu tip bir katot üç ana komplikasyondur: zayıf enerji verimliliği (histerezis), yavaş reaksiyon hızı ve kötü bisiklet ömrüne neden olabilen yan reaksiyonlar.

Araştırmacılar, FeF3 nano çubuklarını kobalt ve oksijen atomları ile kimyasal ikame denen bir süreçle doping ederek bu zorlukları aştılar. Bu ince ayar, araştırmacıların katodun reaksiyon yolunu manipüle etmesine izin vererek daha “geri dönüşümlü” hale getirdi.

“Lityum iyonları FeF3’e sokulduğunda, malzeme demir ve lityum floride dönüştürülür,” diye sorar. Bu makalenin yazarlarından ve Brookhaven’ın İşlevsel Nanomalzemeler Merkezi’nden (CFN) bir bilim adamı olan Sooyeon Hwang. “Ancak, reaksiyon tamamen tersine çevrilemez. Kobalt ve oksijen ile yer değiştirdikten sonra, katot malzemesinin ana çerçevesi daha iyi korunur ve reaksiyon daha geri dönülebilir hale gelir. ”

İletim elektron mikroskobu (TEM) adlı bir teknik kullanarak, İşlevsel Nanomalzemeler Merkezi’nde (CFN) araştırmacılar yeni katot nano çubuklarında güçlü bir elektrot ışını ateşledi. 0.1 nanometrelik bir çözünürlüğe sahip olan görüntüleme deneyi, katot yapısını içeren nanopartiküllerin tam boyutunu ortaya çıkardı. Bu adım, araştırmacılara, katodun, şarj-deşarj işleminin farklı fazları arasında değişirken hızlı bir reaksiyon hızına sahip olduğunu gösterdiği için önemliydi.

Ne yazık ki, TEM sadece numunenin sınırlı bir alanı içinde akran için kullanılabilir. Bu yüzden araştırmacılar, X-ışını Toz Kırınımı (XPD) ışın hattını katot materyalinden yönlendirdikleri Ulusal Synchrotron Işık Kaynağı II’ye (NSLS-II) döndü. Işığın nasıl dağıldığını analiz ederek, bilim adamları malzemenin yapısı hakkında ek bilgi “görebilir”.

Araştırmacılar, stratejilerinin diğer yüksek enerjili dönüşüm materyallerine uygulanabileceğini söylüyor.

Report

Ne düşünüyorsun? Puanla..

Yorumlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

GIPHY App Key not set. Please check settings

Loading…

0

Gen yazılımı, Bir günde DNA sentezi tekniği ile mümkün..

Su altı kabloları, sismometreler olarak kullanabilirler.