Çin Elektronik Bilimi ve Teknolojisi Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kesildiğinde dahi çalışabilen bir lityum-kükürt (Li-S) pil prototipi geliştirdiler. Lityum kükürt piller, kükürtün doğada bol bulunması ve ucuz olması ve yüksek enerji yoğunluğu gibi avantajlara sahip olan, şuan için geliştirme aşamasında bulunan bir pil türü. Bunun yanında, düşük çevrim ömrü, düşük performans ve anot olarak lityum metali kullanıldığında ortaya çıkan güvenlik problemleri gibi dezavantajları bulunuyor.
Bilim insanları daha önce, lityum kükürt pilleri yüksek sıcaklıklarda kararlı hale getirmek için demir sülfür ve lityum metalden yapılmış elektrotları ayırabilen karbonat bazlı bir elektrolit kullanmayı önerdi. Ancak, katottan gelen sülfür, elektrolit içinde çözünmeye devam ederek parçalanamayan bir çökelti oluşturarak hücrenin kapasitesini azalttığı görüldü.
Poliakrilik asit katman eklediler
Bu sorunu çözmeye çalışan Liping Wang liderliğindeki araştırma ekibi, hücrenin şarj edilebilirliğini etkilemeden kükürt çözünmesini en aza indirmek amacıyla katot ve elektrolit arasına başka bir katman eklemeyi önerdi. Birden fazla malzemeyle deneyler yaptıktan sonra ekip, 300 şarj-deşarj döngüsünden sonra deşarj kapasitesini koruduğu için poliakrilik asidin (PAA) en iyi seçenek olduğunu buldu.
Araştırmacılar daha sonra PAA kaplı demir sülfür katot, karbonat elektrolit ve grafit bazlı anot içeren kese (pouch) ve düğme tipinde pil prototipleri ürettiler. Araştırma ekibi, 100’den fazla şarj ve deşarj döngüsünden sonra, ikiye katlandığında veya kesildiğinde dahi çalışabilen kese hücresinde hiçbir bozulma gerçekleşmediğini tespit etti. Düğme tipinde hücrenin ise 300 şarj-deşarj döngüsünden sonra orijinal kapasitesinin %72’sini koruduğu tespit edildi.
Wang, bu şaşırtıcı durumu şöyle açıklıyor: “Bu muhtemelen mekanik kopmaya rağmen iyon ve elektron akışına izin veren sağlam ve esnek bir bağlayıcı sistem veya yapısal tasarımdan kaynaklanıyor. Devre, kesik nedeniyle iletken yollar tamamen kesilmediği için işlevini sürdürmeye devam ediyor.”
Araştırmacılar daha sonra kaplamayı lityum-molibden ve lityum-vanadyum pillerin katotlarına uyguladılar. Wang, pillerin ticari kullanıma geçerse, yüksek enerji yoğunluğu ve dayanıklılığın önemli olduğu alanlarda kendine yer edinebileceğini belirtiyor.