Tüm özellikleri tek gereçte birleştiren lityum batarya katodu geliştirildi

Batarya teknolojisinde yeni bir dönüm noktası olabilecek bir gelişme Çin merkezli bir araştırma takımından geldi. Grup, iletkenliği yüksek, lityum iyonlarını kolaylıkla depolayabilen ve kendini onarabilen yeni bir katot malzemesi geliştirdi. Üstelik bu materyal, demir, klor ve lityum üzere ucuz ve bol bulunan elementlerden oluşuyor.

Batarya katotları ekseriyetle birden fazla bileşeni bir ortaya getirerek performans artırmaya çalışır. Fakat bu yaklaşım, farklı materyaller ortasındaki arayüzlerin vakitle bozulmasına ve batarya kapasitesinin düşmesine yol açar. Yeni geliştirilen materyal ise bu sorunu büsbütün ortadan kaldırma potansiyeline sahip.

İletkenlik, depolama ve dayanıklılık bir arada

Araştırma grubu, klasik karmaşık katot dizaynlarını sadeleştirmeyi hedefledi. Klora dayalı bileşiklerin iyon taşımada tesirli olduğu lakin elektriksel iletkenliklerinin zayıf olduğu biliniyordu. Bilim insanları bu nedenle demir klorürü lityumla evvelden yükleyerek iletkenliği artırmayı ve yapısal kararlılığı güçlendirmeyi denedi.

Elde ettikleri kristal yapı, lityum iyonlarının rahatça hareket edebileceği ve depolanabileceği çok yüzlü simetrik bir geometriye sahipti. Laboratuvar ortamında üretilen bu yapı, 200°C’de ısıtılarak stabil hale getirildi.

Test sonuçları dikkat cazip: Yeni gereç, güç yoğunluğu açısından lityum demir fosfat (LFP) katotlarla emsal düzeyde. Fakat yüksek şarj suratlarında kapasitesini daha düzgün koruması ile farklılaşıyor. Batarya, 15 dakikadan kısa sürede dolabilecek bir süratte 3.000 çevrimden sonra bile kapasitesinin yüzde 90’ını koruyabiliyor.

Malzemenin iletkenliği başlangıçta ülkü olmasa da yüzde 2 oranında iletken karbon eklenerek bu sorun çözüldü. Ayrıyeten gereç, yüksek kapasiteli katotların üzerine katman olarak uygulanarak hem iyon iletimini sağlıyor hem de fazla iyonları depolayabiliyor.

Kendi kendini onaran yapı

Yüksek dayanıklılığın gerisindeki temel nedenlerden biri, materyalin şarj döngüsü boyunca geçirdiği faz geçişleri. Bu geçişler sırasında yapı içinde oluşan mekanik gerilmeler, gerecin kırılganlıktan esnekliğe geçmesini sağlıyor. Araştırmacılar, şarj esnasında oluşan mikro çatlakların ve boşlukların tamamen iyileştiğini belirtiyor. Bu sayede gereç uzun vadeli kullanıma karşı dirençli hale geliyor.

Tüm bu avantajlara karşın, laboratuvar ölçeğinde kullanılan üretim tekniği — toz haline getirme ve düşük sıcaklıkta sinterleme — büyük ölçekli üretime uygun değil. Araştırma takımı, üretim sürecini ölçeklenebilir hale getirmek için alternatif yollar üzerinde çalışıyor.