Elektrik enerjisinin depolanması ve iletilmesinde en pratik ve etkili teknolojilerden biri olmasına rağmen lityum iyon piller sınırlarını göstermeye başladı. Bilim insanları alternatif malzemeler ve enerji depolama çözümleri arıyor ancak araştırmacılar artık li-ion pillerin daha iyi ve daha uzun süre çalışmasını sağlayabileceklerini söylüyorlar.
Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ve Berlin’deki Humboldt Üniversitesi’nden Avrupalı araştırmacılardan oluşan bir ekip, li-ion pillerin şimdikinden çok daha uzun süre dayanmasını sağlayacak alternatif bir şarj çözümü geliştirdiklerini paylaştılar. Çalışma, şarj cihazının elektrolit malzemelere akım verme şeklini değiştirerek pillerin daha dayanıklı hale geldiğini ve yüzlerce deşarj-şarj döngüsünden sonra bile daha yüksek enerji kapasitesini koruduğunu gösterdiklerini söylüyor.
Bilindiği üzere lityum-iyon piller her yerde bulunabilen ve kompakt yapılarıyla, sağlam enerji çözümlerinden bir tanesi. Mevcut en iyi ticari sınıf lityum iyon piller de NMC532 olarak bilinen bir bileşik ve grafitten yapılmış elektrotları kullanıyor ve 8 yıla kadar hizmet ömrü hedefliyorlar.
Çalışma ise geleneksel şarj ve harici elektrik enerjisinin sabit akımını kullanırken pil örneklerine ne olduğunu analiz etmiş ve anotun katı elektrolit arayüzünün önemli ölçüde daha kalın olduğu keşfedilmiş. Ayrıca NMC532 ve grafit elektrot yapılarında daha fazla çatlak bulunmuş. Bu da daha kalın bir SEI ve elektrotlarda daha fazla çatlağın li-ion piller için önemli bir kapasite kaybı anlamına gelmesi demek. Bu nedenle araştırmacılar darbeli akıma dayalı bir şarj protokolü geliştirmişler. Pilleri yeni PC protokolüyle şarj ettikten sonra ekip, SEI arayüzünün çok daha ince olduğunu ve elektrot malzemelerinin daha az yapısal değişikliğe uğradığını söylüyor.
Ekip, darbeli akım şarj deneylerini gerçekleştirmek için Avrupa’nın önde gelen parçacık hızlandırma senkrotron tesislerinden ikisi olan BESSY II ve PETRA III’ü kullanmış. PC şarjının, grafit içindeki lityum iyonlarının homojen dağılımını desteklediğini, bunun da grafit parçacıklarındaki mekanik gerilimi ve çatlamayı azalttığı keşfedilmiş. Protokol ayrıca NMC532 katotundaki yapısal bozulmayı da baskılayabildiğini söylüyor. Testler, bilgisayar şarjının yüzde 80 kapasite koruma oranıyla ticari li-ion pillerin hizmet ömrünü iki katına çıkarabildiğini gösteriyor. Son olarak çalışmanın ortak yazarı TU Berlin profesörü Dr. Julia Kowal, “Darbeli şarj, elektrot malzemelerinin ve arayüzlerin stabilitesi açısından birçok avantaj sağlayabilir ve pillerin hizmet ömrünü önemli ölçüde uzatabilir” diyor.
