Elektrikli araçlar, bataryaları daha fazla büyümeden veya ağırlaşmadan daha çok enerji depolayabildiği takdirde tek şarjla daha uzağa gidebilecek. Anotsuz batarya olarak bilinen umut verici bir alternatif, şarj sırasında normalde lityumu depolayan grafit gibi malzemeleri ortadan kaldırarak ağırlık ve alan tasarrufu sağlıyor. Lityum bunun yerine doğrudan ince bakır folyo üzerinde birikiyor.
YENİ YÖNTEMLERLE BATARYA PERFORMANSI ARTIRILIYOR
Ancak tekrarlanan şarj ve deşarj işlemleri, lityumun dendrit adı verilen keskin, dallanan sivri uçlar halinde düzensiz bir şekilde birikmesine neden olabiliyor. Lityumun üzerindeki koruyucu tabaka da kararsız hale gelerek batarya performansını düşürüyor ve ömrünü kısaltıyor. Güney Kore’deki araştırmacılar, bu bataryaların daha uzun süre dayanmasına yardımcı olmak için yarı iletken endüstrisindeki hassas üretim tekniklerini sürece dahil etti.
ULTRA İNCE KAPLAMA TEKNİKLERİ KULLANILIYOR
Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST) tarafından duyurulan yöntem, lityumu bakır folyo üzerine daha eşit bir şekilde dağıtan mikroskobik yapıları, kullanım sırasında dayanıklı bir koruyucu tabakanın oluşmasına yardımcı olan ultra ince bir kaplamayla birleştiriyor. Batarya ömrünü uzatmaya yönelik önceki bazı çabalar, çalışma sırasında kaybedilenin yerine fazla lityum eklemeyi veya yüzeyi kalın bir koruyucu filmle kaplamayı içeriyordu. Bu iki yaklaşım da bataryayı daha ağır ve daha kalın hale getiriyor.
YENİ TEKNOLOJİLERİN TİCARİLEŞMESİ BEKLENİYOR
KAIST Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Bölümünden Profesör Jinwoo Lee, bu çalışmanın yarı iletken üretiminde kullanılan ultra ince üretim tekniklerinin toplu elektrolit formülasyonunu değiştirmeden veya fazla lityum eklemeden lityum birikimi için hem tekdüze alanlar hem de kararlı bir koruyucu tabakayı nasıl oluşturabileceğini gösterdiğini ifade etti. Lee, teknolojinin yüksek enerjili anotsuz bataryaların ticarileşmesini hızlandırmaya yardımcı olmasını bekliyor.
MXENE MALZEMESİ KORUYUCU BİR BARIYER OLARAK KULLANILIYOR
Ekip, bakır folyoyu son derece ince levhalar halinde üretilen iki boyutlu bir malzeme olan MXene ile yaklaşık 10 nanometre kalınlığında kapladı. MXene, batarya çalışırken gerekli bileşenleri toplayarak koruyucu bariyeri oluşturma işlevi görüyor. Çalışmanın, batarya içindeki yüklü parçacıkları taşıyan LiPF6 bazlı elektrolitinde, MXene yüzeyi lityum florür açısından zengin bir koruyucu tabakanın oluşmasını teşvik ettiği belirtildi.
MİKROSKOBİK TÜPLERİN FAYDALARI
Araştırmacılar, lityumun kaplamanın altındaki bakır üzerinde nasıl birikeceğini kontrol etmek için, yarı iletken üretiminde hassas mikro işleme amacıyla kullanılan ikincil püskürtme litografisi (SSL) yöntemini kullandı. Mevcut yüzey alanını düz bakır folyonun yaklaşık dört katına çıkaran, her biri yaklaşık 300 nanometre çapında ve 150 nanometre yüksekliğinde bir dizi mikroskobik tüp oluşturdular. Daha fazla yüzeyin mevcut olmasıyla lityum, izole noktalarda toplanmak yerine yayılabildi.
YENİ TEKNİKLERLE KORUYUCU TABAKA OLUŞTURULUYOR
Araştırmacılar elektrot yüzeylerini ve kesitlerini havaya maruz kalmayı en aza indirerek inceledi. MXene boyunca nano ölçekli bir koruyucu tabakanın düzgün bir şekilde oluştuğunu doğruladılar. Kimyasını ve yapısını araştırmak için X-ışını fotoelektron spektroskopisi, uçuş zamanlı ikincil iyon kütle spektrometrisi ve geçirimli elektron mikroskobu gibi teknikler kullandılar. Ortaya çıkan koruma, çok az ek ağırlık veya hacimle batarya ömrünü uzatmaya yardımcı oluyor. Bu, elektrikli araçlar için daha küçük ve daha hafif bataryaların üretilmesi hedefini destekliyor.