Çin'in Yeni İcadı, Lityum Pillerin Neredeyse 2 Katı Enerji Kapasitesine Sahip

Sulu piller, elektrolitler için çözücü olarak su kullanır ve pillerin güvenliğini artırır… Çin'deki araştırmacılar, susuz lityum pillerin "yüksek derecede yanıcı" olmasına kıyasla çok daha güvenli ve enerji verimliliği açısından üstün olduğu belirtilen su bazlı bir pil geliştirdiler.

Araştırmacılar, bu yeni pillerin geleneksel lityum iyon pillerine kıyasla iki kat daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olacağını belirtiyorlar. Bu durum, elektrikli araç endüstrisinde devrimsel bir etki yaratabilir.

Sulu piller, elektrolitler için çözücü olarak su kullanarak güvenliklerini artırırlar. Geleneksel sulu olmayan lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmalarına rağmen, şarj ve deşarj işlemlerini sağlayan yanıcı organik elektrolitler nedeniyle güvenlik açısından risk taşırlar.

Daha Düşük Enerji Yoğunluğu

Çin'in Yeni İcadı, Lityum Pillerin Neredeyse 2 Katı Enerji Kapasitesine Sahip

Sulu piller genellikle, elektrolitin sınırlı çözünürlüğü ve düşük pil voltajı nedeniyle daha az enerji yoğunluğuna sahip olmaktadır..

Çinli araştırmacılar, halojen çoklu elektron transferine dayanan yüksek enerji yoğunluklu bir sulu pil geliştirdiler.

Çin Bilimler Akademisi'ne (CAS) bağlı Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü'nden (DICP) Prof. LI Xianfeng'in liderliğindeki bir araştırma ekibi, DICP'den Prof. FU Qiang'ın ekibiyle işbirliği yaparak, brom ve iyot için çok elektronlu transfer özelliğine sahip bir katot geliştirdi.

Nature Energy dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmaya göre, bu katot, tam hücre testlerinde katot bazında 840 Ah/L'den fazla özgül kapasite ve 1200 Wh/L'ye kadar enerji yoğunluğuna erişti.

Araştırmacılar Karışık Halojen Solüsyonu Kullandı

Araştırmacılar, sulu pillerin enerji yoğunluğunu artırmak amacıyla elektrolit olarak iyodür (I-) ve bromür (Br-) iyonları içeren bir halojen çözeltisi kullandılar. Iyodür iyonunu iyot elementine (I2) ve sonrasında iyodata (IO3-) dönüştüren çok elektronlu bir transfer reaksiyonu geliştirdiler.

Araştırmacılar, şarj sırasında I-'nin pozitif tarafta IO3-'ye oksitlendiğini ve oluşan H+'ların destekleyici bir elektrolit formunda negatif tarafa taşındığını belirtti. Deşarj sırasında ise H+ pozitif taraftan taşınmış ve IO3- I-'ye indirgenmiştir.

Geliştirme Süreci

Geliştirilen çok elektronlu transfer katodu, 840 Ah/L'lik bir spesifik kapasiteye sahipti. Araştırmacılar, bu katodu metalik Cd ile birleştirerek, katolit bazlı bir pilde 1200 Wh/L'ye varan bir enerji yoğunluğu sağladılar.

Araştırmacılar, elektrolite eklenen Br- iyonunun, şarj sırasında polar iyot bromür (IBr) oluşturabileceğini ve bu durumun H2O ile reaksiyonu sonucu IO3- üretimini kolaylaştırabileceğini belirtiyorlar.

Deşarj sırasında, IO3- iyonu Br- iyonunu Br2'ye oksitleyebilir ve böylece IO3- iyonunun tersinir ve hızlı deşarjını sağlayan elektrokimyasal reaksiyona katılabilir. Dolayısıyla, şarj ve deşarj işlemleri sırasında oluşan bromür ara ürünü, reaksiyon sürecini optimize ederek elektrokimyasal reaksiyonun kinetiğini ve tersinirliğini etkin bir şekilde geliştirebilir.

Pil Ömrü, 1.000 Sarj Döngüsüne Kadar Uzatılabilir

SCMP'ye göre, araştırmacılar vanadyum anot kullanarak elektrolitleri test ettiklerinde, pillerin ömrünün 1.000 döngüye kadar artırılabileceğini ve bu durumun "önemli bir stabilite" sağladığını keşfettiler.

Bilim insanları, pillerin enerji yoğunluğunun "bazı katı elektrot malzemelerinin enerji yoğunluğunu geçebileceğini" ve maliyetlerinin geleneksel lityum pillerle rekabet edebileceğini de belirtiyorlar.

Çalışmaları, yüksek enerji yoğunluğuna sahip sulu pillerin geliştirilebileceğini ve bunun, şebeke ölçeğinde enerji depolama ve elektrikli araçlar için bir geliştirme seçeneği sunduğunu ortaya koydu.

Prof. Li, "Bu araştırma, yüksek enerji yoğunluklu sulu pillerin tasarımına yönelik yeni bir yaklaşım sunmakta ve sulu pillerin enerji depolama alanındaki kullanımını genişletebilecektir." şeklinde konuştu.