Daha uzun pil ömrü için: Lityum iyon pilleri bir sonraki performans seviyesine itme

January 15, 2019

Akıllı telefonlarda ve dizüstü bilgisayarlarda yaygın olarak kullanılanlar gibi geleneksel lityum iyon piller performans sınırlarına ulaştı. Viyana Üniversitesi Kimya Fakültesi'nden malzeme kimyacısı Freddy Kleitz ve uluslararası bilim insanları, pillerin kapasitesini ve ömrünü uzatan lityum iyon piller için nanoyapılı yeni bir anot malzemesi geliştirdiler. Grafen ile birleşik bir karışık metal oksidi baz alan malzeme, elektrikli veya hibrit araçlar gibi büyük cihazlarda pillerin daha iyi kullanılması için yeni bir yaklaşım sağlayabilir. Çalışma şimdi, İleri Enerji Malzemeleri'nin güncel sayısının kapak hikayesi olarak yayınlandı.

Yüksek enerji yoğunluğu, uzun çevrim ömrü ve hafıza etkisi yok: Lityum iyon piller, mobil cihazlar için en yaygın enerji depolama cihazları ve elektro mobilite için umut taşıyıcılarıdır. Araştırmacılar, pilleri bir sonraki yüksek performans ve dayanıklılık seviyesine itmek ve büyük cihazlar için daha iyi kullanılabilir hale getirmek için yeni tipte aktif elektrot materyali arıyorlar. "Nanostructured lityum iyon pil malzemeleri iyi bir çözüm sağlayabilir," diyor İnorganik Kimya Bölümü'nden Freddy Kleitz - Politecnico'daki Uygulamalı Malzemeler ve Elektrokimya Grubu Başkanı Claudio Gerbaldi ile birlikte Viyana Üniversitesi Üniversitesinin İşlevsel Malzemeleri İtalya'daki di Torino çalışmanın ana yazarı.

İki bilim insanı ve ekibi tarafından geliştirilen karışık metal oksit ve grafene dayanan 2D / 3D nanokompozit, lityum iyon pillerin elektrokimyasal performansını ciddi şekilde artırıyor. Departman Başkanı Freddy Kleitz, "Testlerimizde, yeni elektrot malzemesi, 1.280 miliampere kadar çok yüksek akım rejimlerinde bile 3.000 tersine çevrilebilir şarj ve deşarj döngüsünde eşi benzeri görülmemiş geri dönüşümlü bisiklet stabilitesiyle önemli ölçüde geliştirilmiş özel kapasite sağlamıştır" diyor. Bugünün lityum iyon pilleri yaklaşık 1000 şarj döngüsünden sonra performansını kaybeder.

Yeni tarif

Geleneksel anotlar genellikle grafit gibi karbon malzemeden oluşur. Kleitz “Metal oksitler grafitten daha iyi bir batarya kapasitesine sahip, ancak oldukça kararsız ve daha az iletken” diyor. Araştırmacılar, her iki bileşiğin olumlu özelliklerinden en iyi şekilde yararlanmanın bir yolunu buldular. Karma metal okside ve yüksek iletken ve stabilize edici grafene dayanan yeni bir elektrot aktif madde ailesi geliştirmişler ve çoğu geçiş metali oksit nanoyapısı ve kompozitine kıyasla daha üstün özellikler göstermişlerdir.

İlk adım olarak, yeni tasarlanmış bir pişirme işlemine dayanarak, araştırmacılar karışık metal elde etmek için bakır ve nikeli homojen ve kontrollü bir şekilde karıştırabilirler. Gözenekli malzemelerin üretilmesi için bir yöntem olan nano-parçalamaya dayanarak yapılandırılmış nano-gözenekli karışık metal oksit parçacıkları oluşturdular; bunlar geniş gözenek ağları nedeniyle, bataryanın elektrolitinden lityum iyon ile alışverişi için çok yüksek bir aktif reaksiyon alanına sahiptir. Bilim adamları daha sonra karışık metal oksit parçacıklarını ince grafen katmanları ile sıkıca sarmak için bir sprey kurutma prosedürü uyguladılar.

Basit ve verimli tasarım

E-mobilite için lityum iyon pillerin kullanılması, örneğin hammadde yoğun olarak üretilmeleri nedeniyle çevre açısından sorunlu olarak kabul edilir. Mümkün olduğu kadar enerji depolayabilen, mümkün olduğu kadar uzun süre dayanabilen ve üretilmesi için fazla maliyetli olmayan küçük piller, büyük ölçekli cihazlarda kullanımlarını ilerletebilir. "Mevcut yaklaşımlarla karşılaştırıldığında, yeni yüksek performanslı ve uzun ömürlü anot materyali için yenilikçi mühendislik stratejimiz basit ve verimlidir. Su bazlı bir işlemdir ve bu nedenle çevre dostu ve endüstriyel seviyeye uygulanmaya hazırdır." yazarlar sonuçlandı

from: Bilim Haberleri