Yeni tip bir lityum metal pil, etkin malzemelerin toplam ağırlığına göre kilogram başına 560 watt-saatlik son derece yüksek bir enerji yoğunluğuna ulaşıyor ve kayda değer bir istikrar sergiliyor. Araştırmacılar yeni çalışmalarında umut vadeden bir katot ve elektrolit bileşimi kullanmış: Nikel yönünden zengin katot, birim kütle başına yüksek miktarda enerji depolanmasını mümkün kılıyor. İyonik sıvı elektrolit ise pek çok şarj döngüsü boyunca büyük oranda istikrarlı kapasite sağlıyor.
Günümüzde lityum iyon piller, taşınabilir güç tedarikindeki en yaygın çözümü temsil ediyor. Fakat bu teknoloji, bazı uygulamalarda sınırlarına ulaşıyor. Bu durum özellikle, uzun menzilli hafif ve kompakt taşıtların istendiği elektrikli ulaşımda geçerli. Lityum metal piller ise bu konuda bir seçenek olabilir. Yüksek bir enerji yoğunluğu taşıyan bu piller, birim kütle veya hacim başına çok fazla enerji depolayabiliyor. Fakat istikrar halen bir sorun teşkil ediyor çünkü elektrot malzemeleri, geleneksel elektrolit sistemleriyle tepkimeye giriyor.
Şimdiyse Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) ve Helmholtz Enstitüsü Elektrokimyasal Enerji Depolama Bölümü’nde (HIU) çalışan araştırmacılar bu soruna bir çözüm bulmuş. Joule bülteninde sunulan bulgulara göre bilim insanları, yeni ve umut vadeden bir malzeme birleşimi kullanmışlar. Buna göre kobalt yönünden fakir ve nikel yönünden zengin olan bir katmanlı katot (NCM88), yüksek bir enerji yoğunluğuna ulaşıyor. Fakat ticari olarak temin edilebilen ve genelde uygulanan organik elektrolit (LP30) ile birlikte istikrar, çok da istenen bir noktaya ulaşmıyor. Depolama kapasitesi, şarj döngüsünün artmasıyla beraber düşüyor. HIU başkanı ve Pil Elektrokimyası Grubu’nun lideri olan Profesör Stefano Passerini, sebebini şöyle açıklıyor: “Lp30 elektrolitinde, parçacıklar katotta çatlak oluşturuyor. Bu çatların içerisinde ise elektrolit tepkimeye girerek yapıya zarar veriyor. Ek olarak, anotta lityum içeren kalın e dikenli bir tabaka oluşuyor.” Bu sebeple bilim insanları uçucu olmayan, kolay alev almayan, çift anyonlu iyonik sıvı elektrolit (ILE) kullanmışlar. HIU Pil Elektrokimyası Grubu’nda çalışan Dr. Guk-Tae Kim, “ILE’nin yardımıyla, nikel yönünden zengin katot üzerindeki yapısal değişiklikler önemli ölçüde azaltılabiliyor” diyor.
1000 döngüden sonra kapasitenin yüzde 88’i korunuyor
Sonuçlar ise şöyle: NCM88 katodu ve ILE elektroliti içeren lityum metal pil, etkin malzemelerin toplam ağırlığına dayalı olarak kilogram başına 560 watt-saatlik (Wh/kg) bir enerji yoğunluğuna ulaşıyor. Pilin başlangıçtaki depolama kapasitesi, katot malzemenin gramı başına 214 miliamper saat (mAh g-1). 1000 döngüde sonra, kapasitenin yüzde 88’i kalıyor. Boşaltım ve şarj kapasitesi arasındaki oran olan ortalama Coulomb verimliliği ise yüzde 99,94. Pil yüksek güvenlik taşıdığından, araştırmacılar karbonsuz ulaşıma yönelik önemli bir adım atmış bulunuyorlar.
Kaynak: Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
