Yeni Pil Lityum İyon Pilden On Kat Daha Hızlı Şarj Oluyor

Lityum iyon piller olmadan günlük hayatımızı hayal etmek zor. Taşınabilir elektronik cihazlar için küçük formatlı pil pazarına hakimdirler ve ayrıca elektrikli araçlarda da yaygın olarak kullanılırlar. Aynı zamanda, lityum iyon pillerin aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi ciddi sorunu vardır: potansiyel bir yangın tehlikesi ve soğuk sıcaklıklarda performans kaybı; yanı sıra kullanılmış pilin atılmasının önemli bir çevresel etkisi.

Araştırmacılar ekibinin lideri, St Petersburg Üniversitesi Oleg Levin Elektrokimya Bölümü Profesörü’ne göre, kimyagerler, elektrokimyasal enerji depolama malzemesi olarak redoks-aktif nitroksil içeren polimerleri araştırıyorlar.

Bu polimerler, yüksek enerji yoğunluğu ve hızlı redoks kinetiğinden dolayı hızlı şarj ve deşarj hızı ile karakterize edilir. Böyle bir teknolojinin uygulanmasına yönelik bir zorluk, yetersiz elektrik iletkenliğidir. Bu, karbon gibi oldukça iletken katkı maddeleri ile bile yük toplamayı engeller.

Bu sorunun üstesinden gelmek için çözümler arayan St Petersburg Üniversitesi’nden araştırmacılar, nikel-salen kompleksine (NiSalen) dayalı bir polimer sentezlediler. Bu metalopolimerin molekülleri, enerji yoğun nitroksil kolye uçlarının tutturulduğu bir moleküler tel görevi görür. Malzemenin moleküler mimarisi, geniş bir sıcaklık aralığında yüksek kapasitans performansının elde edilmesini sağlar.

Bu malzemenin konseptini 2016 yılında bulduk. O zaman, “Organometalik polimerlere dayalı lityum iyon piller için elektrot malzemeleri” adlı temel bir proje geliştirmeye başladık.

Rusya Bilim Vakfı’ndan bir hibe ile desteklenmiştir. Bu sınıf bileşiklerde yük taşıma mekanizmasını incelerken, iki temel gelişme yönü olduğunu keşfettik. İlk olarak, bu bileşikler, aksi takdirde geleneksel lityum iyon pil malzemelerinden yapılabilecek olan pilin ana iletken kablosunu örtmek için koruyucu bir katman olarak kullanılabilir. İkincisi, elektrokimyasal enerji depolama malzemelerinin aktif bir bileşeni olarak kullanılabilirler, ”diye açıklıyor Oleg Levin.

Polimerin geliştirilmesi üç yıldan fazla sürdü. İlk yıl, bilim adamları yeni malzeme konseptini test ettiler: elektriksel olarak iletken omurgayı ve redoks-aktif nitroksil içeren pandantifleri simüle etmek için tek tek bileşenleri birleştirdiler. Yapının tüm parçalarının birlikte çalıştığından ve birbirini güçlendirdiğinden emin olmak çok önemliydi.

Bir sonraki aşama, bileşiğin kimyasal senteziydi. Projenin en zorlu kısmıydı. Bunun nedeni, bazı bileşenlerin son derece hassas olması ve bir bilim adamının en ufak bir hatası bile numunelerin bozulmasına neden olabilmesidir.

Elde edilen birkaç polimer örneğinden yalnızca birinin yeterince kararlı ve verimli olduğu bulundu. Yeni bileşiğin ana zinciri, salen ligandları ile nikel komplekslerinden oluşur. Hızlı oksidasyon ve indirgeme (şarj ve deşarj) yapabilen stabil bir serbest radikal, kovalent bağlar yoluyla ana zincire bağlanmıştır.

Polimerimiz kullanılarak üretilen bir pil saniyeler içinde şarj olur – geleneksel bir lityum iyon pilden yaklaşık on kat daha hızlı. Bu zaten bir dizi deneyle kanıtlandı. Bununla birlikte, bu aşamada, kapasite açısından hala geride kalıyor – lityum iyon pillere göre% 30 ila 40 daha düşük. Şu anda şarj-deşarj oranını korurken bu göstergeyi iyileştirmek için çalışıyoruz ” diyor Oleg Levin.

Yeni pil için katot üretildi – kimyasal akım kaynaklarında kullanılmak üzere pozitif bir elektrot. Şimdi negatif elektrota ihtiyacımız var – anot. Aslında sıfırdan oluşturulması gerekmez – mevcut olanlardan seçilebilir. Bir araya getirildiklerinde, bazı bölgelerde yakında lityum iyon pillerin yerini alabilecek bir sistem oluşturacaklar.

Yeni pil, düşük sıcaklıklarda çalışabilir ve hızlı şarjın çok önemli olduğu yerlerde mükemmel bir seçenek olacaktır. Kullanımı güvenlidir – günümüzde yaygın olan kobalt bazlı pillerin aksine yanma tehlikesi oluşturabilecek hiçbir şey yoktur. Aynı zamanda çevreye zarar verebilecek önemli ölçüde daha az metal içerir. Nikel polimerimizde az miktarda bulunur, ancak lityum iyon pillere göre çok daha azı vardır, ‘diyor Oleg Levin.

Kaynak: https://www.energy-daily.com/reports/A_new_type_of_battery_that_can_charge_ten_times_faster_than_a_lithium_ion_battery_created_999.html