Bir grup araştırmacı, katı elektrolitli lityum metal pillerin tekrarlayan kısa devre sorunlarının nedenini bulduklarını iddia etti. Stanford Üniversitesi ve SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı üyelerinden oluşan ekip, hafif, yanıcı, enerji yoğun ve hızlı şarj özellikleri sunan pil teknolojisini ilerletmeyi amaçlıyor. Böylesine uzun ömürlü bir çözüm, elektrikli araçların dünya çapında benimsenmesi önündeki engellerin aşılmasına yardımcı olabilir.
Nature Energy dergisinde 30 Ocak’ta yayınlanan bir çalışma, nano ölçekli kusurların ve mekanik stresin katı elektrolitlerin bozulmasına nasıl neden olduğuna dair farklı deneyleri detaylandırıyor.
Ekibe göre sorun, pillerin şarj edilmesi sırasında oluşan mekanik stresten kaynaklanıyor. Çalışmanın kıdemli yazarı ve Stanford Doerr Sürdürülebilirlik Okulu’nda doçent olan William Chueh, “Pillerin hafifçe girintilenmesi, bükülmesi ya da burulması, malzemelerdeki nanoskopik sorunların açılmasına ve lityumun katı elektrolitin içine girerek kısa devre yapmasına neden olabilir” dedi.
Üretim aşamasında toz veya diğer yabancı maddelerin bulunması ihtimali de pillerin arızalanmasına neden olabilir.
Katı elektrolit kaynağı seramik malzemelerin yaygın kullanımı bir paketleme sorununu da beraberinde getirmektedir. Lityum iyonlarının hızlı bir şekilde taşınmasını ve enerji depolayan iki elektrotun birbirinden ayrılmasını sağlasalar da yüzeylerinde küçük çatlaklar oluşmaya meyillidir.
Araştırmacılar, 60’tan fazla deney boyunca seramik malzemenin “çoğu 20 nanometreden daha az genişlikte nanoskopik çatlaklar, çukurlar ve yarıklar” geliştirdiğini kanıtladı. Ekibe göre, bu doğal kırıklar hızlı şarj sırasında açılarak lityumun içeri girmesine izin veriyor.
Ekip bu sonuçları, katı bir elektrolite bir elektrik sondası uygulayarak, minyatür bir pil oluşturarak ve hızlı şarjı gerçek zamanlı olarak gözlemlemek için bir elektron mikroskobu kullanarak elde etti.
Ayrıca bkz: Zyxel, hibrit çalışan küçük ve orta ölçekli işletmeler için yeni uç nokta güvenlik çözümü Astra’yı sundu
Araştırmacılar daha sonra, lityumun neden seramik malzemenin belirli kısımlarında istendiği gibi toplandığını analiz etmek için bir neşter olarak bir iyon ışını kullandılar, “diğer noktalarda ise lityum katı elektrolit boyunca köprü kurarak kısa devre oluşturana kadar daha derine inmeye başladı.” Ekip, elektrik probunun basıncı arttığında, “girinti, bükülme ve bükülmenin mekanik streslerini taklit ederek, pilin kısa devre yapma olasılığının daha yüksek olduğunu” buldu.
İçindekiler
Çatlakları azaltmanın yolları geliştiriliyor
Bir katı hal pili, katot ve anotun herhangi bir şekilde birbirine değmesi ya da elektriksel olarak bağlanması halinde kısa devre yapabilir. Çalışma, elektrolit arasına sıkışan ince bir bükülme, hafif bir bükülme veya toz zerresinin bile pilin arızalanmasına neden olacağını kanıtladı.
Sonuç, geliştiricilerin kısa devre olasılığını önlemek için malzemeleri buna göre tasarlamalarını sağlayacaktır. Ekibe göre, üretim sırasında malzemeyi sertleştirmek için mekanik kuvvetlerden yararlanmanın yolları ve “çatlakları önlemek veya ortaya çıkarsa onarmak için elektrolit yüzeyini kaplamanın yolları” araştırılıyor.
tarafından verilmektedir.