Seul‘deki Hanyang Üniversitesi‘nden bir araştırma ekibi, pillerin performansını ve ömrünü artırmak için yeni bir yol geliştirdi. Pil katotlarının özel bir solüsyonla yıkanmasını ve kaplanmasını içeren teknikler, Nature Energy dergisinde yayınlandı. Akıllı telefonlardan dizüstü bilgisayarlara, elektrikli arabalardan robotlara kadar birçok modern cihaza ve makineye güç sağlayan bataryalar yaşamımızda çok önemli rol oynuyor. Batarya geliştiricilerinin karşılaştığı temel zorluklardan biri, nikel açısından zengin katoda sahip batarya hücrelerinin enerji yoğunluğunun ve dayanıklılığının nasıl artırılacağı konusu.
Lityum iyon bataryalarda nikel önemli bir rol oynuyor
Nikel açısından zengin katotların yüksek kapasite ve düşük maliyet gibi birçok avantajı var. Ancak çevredeki ortamla yüksek reaktiviteleri nedeniyle çabuk bozunma eğilimindeler. Bu nedenle katot yüzeyinde istenmeyen lityum bileşikleri oluşarak pilin içinde elektrik yükünü taşıyan sıvı elektrolit ile zararlı yan reaksiyonlar ortaya çıkıyor.
Bu sorunun üstesinden gelmek için araştırmacılar basit ama etkili bir çözüm geliştirdiler: katotları, çözünmüş kobalt iyonları içeren suyla yıkamak. Bu işlem, fazla lityumu katot yüzeyinden uzaklaştırıyor ve koruyucu bir kalkan görevi gören ince, düzgün, kobalt açısından zengin bir katman oluşturuyor. Böylelikle katodun elektrolite doğrudan temas etmesini önleyerek daha fazla bozunma olasılığını azaltıyor.
Araştırmacılar ayrıca yıkanmış katodun üzerine bir flor kaplama da ekleyerek pil hücresinin stabilitesini ve güvenliğini daha da arttırdı. Flor kaplama, elektrolit tuzlarının parçalanmasını ve gaz kabarcıklarının oluşmasını engelleyerek pilin şişip patlamasını önlüyor.
Araştırmacılar, yıkama ve kaplama tekniklerini nikel açısından zengin birkaç katot üzerinde test ederek performans ve ömrü önemli ölçüde artırdı. İşlem görmüş katotlar, 500 döngüden sonra başlangıç kapasitelerinin %90’ından fazlasını korurken, işlem görmemiş katotlarda bu oran %80’in altındaydı. Ayrıca geleneksel katotlara göre daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha düşük gaz üretimi elde ettiler. Araştırmacılar, geliştirdikleri tekniğin daha verimli ve güvenilir bataryaları geliştirmenin önünü açacağını umuyor. Ayrıca bulgularının diğer araştırmacılara, nikel açısından zengin katotların stabilitesini ve dayanıklılığını arttırmanın yeni yollarını keşfetme konusunda ilham vermesini bekliyorlar.