Grafen destekli lityum-metal piller pil endüstrisini değiştirebilir

Güvenlik sorununa karşı grafen dokunuşu
Daha hafif ve güçlü
Yorumlar

Günümüzde kullanıcıların enerji ihtiyacını yeterince karşılayamayan lityum-iyon pillerde lityum; grafit veya silisyum gibi başka malzemelere pilin anot kısmında atomik olarak dağıtılmak için kullanılıyor. Pil endüstrisini baştan aşağı değiştirme potansiyeline sahip olan lityum-metal pillerde ise anot kısmında farklı malzemelere yer verilmediğinden pilin enerji tutma kapasitesi 3 kata kadar artabiliyor. Enerji konusundaki başarısına karşın güvenlik kısmına bakıldığında lityum-iyon pillerin bir hayli gerisinde kalan lityum-metal pillerin yaygın kullanımı için Northwestern Üniversitesi'ndeki araştırmacılar grafen desteği ile güvenlik problemlerini de aşmayı başardı.

Grafen destekli lityum-metal piller pil endüstrisini değiştirebilir

Northwestern Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği bölümünde eğitim veren Profesör Jiaxing Huang ve ekibi ''Lityum zaten bir metal öyleyse neden lityumu tek başına pillerde kullanmıyoruz?'' sorusuna cevap ararken lityum-metal pillerde önemli bir aşama kaydetti. Aslında bu soru daha önce pek çok araştırmacı tarafından sorulmuştu. Sorunun cevabı ise lityum-metal pillerin yapısında gizli. Lityum piller şarj edildikçe içinde mikroskobik lityum lifleri olan dendritler birikiyor ve dentritler zamanla pilin performansını düşürürken pil içinde kısa devreye ve pilin patlamasına yol açabiliyor.

Güvenlik sorununa karşı grafen dokunuşu

Jiaxing Huang ve ekibi ise dendritlerin zararlı etkilerini atlatmak için buruşturulmuş kağıda benzeyen gözenekli bir iskelet yapısı oluşturmaya karar verdi. Daha önce de bazı araştırmacılar tarafından denen gözenekli iskelet yapısı sayesinde lityum pil şarj olurken dendrit tabakası iskeletin üst kısmında kalıyor. Böylece dendritler pilin her tarafına yayılamadığı için kısa devre ve pilin yanması gibi tehlikelerin önüne geçilmiş oluyor. Bununla birlikte lityumun ilk olarak iskeletin üstünde durması sonrasında ise pil döngüsü esnasında çözünmesi durumunda gözenekli iskelet yapısının gevşemesine ve kırılmasına neden olabiliyor.

Araştırmacıların getirdiği yeni çözüm önerisi ise yapının daha dayanıklı ve kırılmaz bir hal almasını sağlıyor. Ekibin sunduğu çözüm Northwestern Üniversitesi'nin 2011 yılında geliştirdiği bir grafen türüne dayanıyor. Buruşturulmuş bir kağıdı anımsatan bu grafen türü lityum bataryalarda iskele olarak kullanıldığında sadece dendritlerin yayılmasını engellemiyor aynı zamanda hareket halindeki lityuma karşı mukavemet göstererek güçlü bir iskele yapısı oluşturuyor.

Daha hafif ve güçlü

Grafen yapısını test etmek için lityum-metal pilin içine buruşuk formdaki grafenden iskele ekleyen araştırmacılar, geliştirdikleri pilin mevcut lityum-iyon pillere kıyasla 15 kat daha fazla lityum tutabildiğini ifade ediyor. Ayrıca grafit ve silisyum gibi yan malzemelerden arındırılan pilin günümüz pillerine kıyasla çok daha hafif olduğu da belirtiliyor. Geliştirilen pilin akıllı telefonlarda elektrikli otomobillere kadar pek çok alanda kullanılabileceğini vurgulayan ekip, geliştirdikleri pil için geçici bir patent de aldı.

Tabi pil teknolojileri konusunda bugüne kadar yapılan ve mevcut pillere kıyasla daha kullanıcı dostu piller vadeden pek çok çalışma ne yazık ki henüz hayata geçebilmiş değil. Jiaxing Huang ve ekibinin geliştirdiği yeni pilin de son kullanıcıya ne zaman ulaşacağı bilinmiyor ancak çalışma henüz çok yeni olsa da Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Tianjin Doğa Bilimleri Vakfı gibi pek çok önemli kuruluşun çalışmayı destekliyor oluşu lityum-metal pillerin hayatımıza kısa sürede girmesini sağlayabilir.