Japonya’nın Yokohama Ulusal Üniversitesi’nden (YNU) araştırmacılar, elektrikli araçlar (EV) için nikel ve kobalt bazlı bataryalara yenilikçi bir alternatif geliştirdi. Araştırmacıların yaklaşımları hem uygun maliyetli hem de sürdürülebilir olan yüksek enerji yoğunluklu bir batarya oluşturmak için anotta manganez kullanıyor. Elektrikli araç üreticileri daha yüksek enerji yoğunluğu sağlayan nikel ve kobalt bataryalarını tercih ediyor. Zira bu bataryalar, daha küçük bir batarya paketinde daha fazla menzil vadediyor. Ancak, nikel ve kobaltın elde edilmesi maliyetli ve nispeten nadir olduğundan, bu malzemeler sürdürülebilirlik açısından sıkıntı yaratıyor. Lityum-iyon (Li-ion) bataryalar ise çoğu elektronik cihazda tercih edilse de enerji yoğunluklarının düşük olması nedeniyle elektrikli araçlarda en ideal çözüm değiller.
Anotto manganez kullanımı enerji yoğunluğunu artırdı
Bunun için bilim insanları Li-ion bataryaları iyileştirmek için çeşitli araştırmalar yapıyorlar. Bunlardan birisinde LiMnO2 gibi lityumun yanı sıra anot malzemesinde manganezin olduğu çözümler de denendi. Ancak elektrotun düşük performansı nedeniyle uygulamalar bugüne kadar sınırlı kalmıştı. Japon araştırmacılar da tam olarak bu soruna odaklandılar.
Araştırmacılar, LiMnO2’nin çeşitli formlarını X-ray difraksiyonu, taramalı elektron mikroskobu ve elektrokimyasal yöntemlerle kapsamlı bir şekilde incelediler. YNU’dan Naoaki Yabuuchi ve ekibi, monoklinik tabakalı alanların LiMnO2’nin spinel benzeri bir faza geçişini aktive ettiğini buldular. LiMnO2, faz geçişini kolaylaştırarak elektrot malzemesinin performansını artırıyordu. Yabuuchi, “Bu bulgudan, monoklinik tabakalı alan yapıları ve yüksek yüzey alanına sahip nanoyapılı LiMnO2’nin doğrudan basit bir katı hal reaksiyonu kullanılarak sentezlendiğini keşfettik” şeklinde bir basın açıklaması yaptı. Bu reaksiyon, ara adımları olmadan iki bileşenden doğrudan sentezlenebiliyor. Sentez sonrası yapılan testlerde, LiMnO2 elektrodu bulunan bataryanın 820 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaştığı görüldü. Bu, nikel bazlı bataryalarda elde edilen 750 Wh/kg’ın üzerinde bir değer. Lityum bazlı bataryalar ise 500 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahip.
Araştırmacılar, diğer polimorf formüllerde manganezin genellikle enerji yoğunluğu kapasitesinin yarısını gösterdiğini belirttiler. Daha önce yapılan çalışmalar, bataryalarda voltaj düşüşü gibi sorunlara işaret etmişti; ancak LiMnO2 elektrodu ile böyle bir durum gözlemlenmedi. Araştırmacılar, çalışmalarının mevcut seçeneklerle rekabet edebilecek, sürdürülebilir üretimi olan ve çevre dostu bir teknoloji geliştirdiğine inanıyorlar.