Lityum İyon Bataryalara Rakip Çıktı

Rensselaer Politeknik Enstitüsünde çalışan bir grup araştırmacı, lityum iyon bataryalara rakip olarak görülen metal bataryaların geliştirilmesinin önündeki en önemi sorunlardan birine çözüm buldu. Dr. Prateek Hundekar ve arkadaşları tarafından yapılan araştırma ile ilgili makale Proceedings of the National Academy of Sciences (USA)’da yayımlandı.

Bataryaların iki elektrodu vardır: artı yüklü katot ve eksi yüklü anot. Tipik bir lityum iyon bataryada katotta kobalt oksit, anotta ise petrol koku (ham petrolün rafine edilmesi sırasında oluşan siyah renkli katı bir yan ürün) bulunur. Bataryanın çalışması sırasında artı yüklü lityum iyonları bu iki elektrot arasında hareket eder.

Bir lityum iyon bataryada, lityum metalini potasyum metaliyle değiştirirseniz bataryanın performansı çok azalır. Çünkü potasyum, lityuma göre daha ağır ve daha büyük bir element olduğu için enerji yoğunluğu düşer. Araştırmacılar, bu sorunla karşılaşmamak için anottaki petrol kokunu da potasyum metaliyle değiştirmişler.

Her ne kadar lityumun ve anottaki petrol kokunun potasyumla değiştirilmesi bataryanın performansında önemli bir değişime neden olmasa da bu tür metal bataryalarla ilgili önemli bir sorun var: dentrit oluşumu. Anot ve katot arasında gidip gelen metal iyonları her zaman anota düzenli bir biçimde tutunmaz. Zamanla dentrit olarak adlandırılan uzantılar oluşmaya başlar. Eğer dentritler aşırı derecede uzarsa anot ile katodu birbirinden ayıran yalıtkan zarı delebilir ve bataryanın kısa devre yapmasına sebep olabilir. Batarya kısa devre yaptığında ortaya çıkan ısı yangınlara bile sebep olabilir.

Araştırmacılar dentritlerin oluşumunu engellemek için ilginç bir çözüm bulmuşlar: bataryanın daha hızlı şarj-deşarj olmasını sağlamak. Normal şartlar altında, bataryanın ömrünü kısalttığı için şarj-deşarj döngüsünün daha hızlı olması istenmeyen bir durumdur. Ancak döngünün daha hızlı gerçekleşmesi, çalışma sırasında bataryanın az da olsa ısınmasına sebep oluyor. Bu ısı anottaki potasyumu eritecek kadar yüksek olmasa da dentritlerin ucundaki potasyum atomlarının dağılmasına sebep oluyor. Böylece dentritlerin aşırı uzayarak kısa devreye sebep olması engelleniyor.

Araştırma ekibinin lideri Prof. Dr. Nikhil Koratkar, ısı ile dentritlerin giderilmesini kar fırtınalarından sonra rüzgâr ve Güneş’in kar birikintilerini eritip düzleştirmesine benzetiyor.