Dolar 12,4280
Euro 14,0266
Altın 717,01
BİST 1.776
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 21 °C
Kuvvetli Sağanak

Ağaçlardan Elde Edilen Yeni Malzeme Daha İyi, Daha Güvenli Piller İçin Yol Açabilir

01.11.2021
52
Ağaçlardan Elde Edilen Yeni Malzeme Daha İyi, Daha Güvenli Piller İçin Yol Açabilir

Katı Hal Pil Teknolojisi Konsepti

Ağaçlardan elde edilen bir malzeme, potansiyel olarak yeni nesil pillerdeki sıvı elektrolitlerin yerini alabilir.

Araştırmacılar, daha fazla güç sağlayan ve daha güvenli çalışan pillerin peşinde, günümüzün lityum iyon pillerinde yaygın olarak kullanılan sıvıları katı malzemelerle değiştirmek için çalışıyor. Şimdi, Brown Üniversitesi ve Maryland Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, katı hal pillerinde kullanılmak üzere olası olmayan bir kaynaktan türetilen yeni bir malzeme geliştirdi: ağaçlar.

Dergide yayınlanan araştırmada Doğa, ekip, bakır ile selüloz nanofibrilleri – ahşaptan türetilen polimer tüpleri birleştiren katı bir iyon iletkeni gösteriyor. Araştırmacılar, kağıt inceliğinde malzemenin diğer polimer iyon iletkenlerinden 10 ila 100 kat daha iyi bir iyon iletkenliğine sahip olduğunu söylüyor. Katı bir pil elektroliti olarak veya tamamen katı hal pilinin katodu için iyon ileten bir bağlayıcı olarak kullanılabilir.

İyon İletken Pil Teknolojisi

Ağaçlardan elde edilen bir malzeme, potansiyel olarak yeni nesil pillerdeki sıvı elektrolitlerin yerini alabilir. Kredi: Hu laboratuvarı / Maryland Üniversitesi

Maryland Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Liangbing Hu, “Bakırı tek boyutlu selüloz nanofibrillerle birleştirerek, normalde iyon yalıtkan selülozun polimer zincirleri içinde daha hızlı bir lityum iyon taşınması sunduğunu gösterdik” dedi. . “Aslında, bu iyon iletkeninin tüm katı polimer elektrolitler arasında rekor düzeyde yüksek iyonik iletkenliğe ulaştığını gördük.”

Çalışma, Hu’nun laboratuvarı ile Brown’ın Mühendislik Okulu’nda profesör olan Yue Qi’nin laboratuvarı arasında bir işbirliğiydi.

Cep telefonlarından arabalara kadar her şeyde yaygın olarak kullanılan günümüzün lityum iyon pilleri, sıvı organik bir çözücü içinde çözülmüş lityum tuzundan yapılmış elektrolitlere sahiptir. Elektrolitin görevi, pilin katodu ile anot arasında lityum iyonlarını iletmektir. Sıvı elektrolitler oldukça iyi çalışır, ancak bazı dezavantajları vardır. Yüksek akımlarda, elektrolitte kısa devrelere yol açan dendrit adı verilen küçük lityum metal filamentleri oluşabilir. Ayrıca sıvı elektrolitler, alev alabilen yanıcı ve zehirli kimyasallarla yapılır.

Katı elektrolitler, dendrit penetrasyonunu önleme potansiyeline sahiptir ve yanıcı olmayan malzemelerden yapılabilir. Şimdiye kadar incelenen katı elektrolitlerin çoğu, iyonları iletmede harika olan ancak aynı zamanda kalın, sert ve kırılgan olan seramik malzemelerdir. İmalat ve yükleme ve boşaltma sırasındaki gerilimler çatlaklara ve kırılmalara neden olabilir.

Ancak bu çalışmada tanıtılan malzeme, neredeyse bir kağıt yaprağı gibi ince ve esnektir. Ve iyon iletkenliği seramikle eşittir.

Brown’da kıdemli bir araştırma görevlisi olan Qi ve Qisheng Wu, iyonları neden bu kadar iyi iletebildiğini anlamak için bakır-selüloz malzemenin mikroskobik yapısının bilgisayar simülasyonlarını gerçekleştirdiler. Modelleme çalışması, bakırın normalde sıkıca paketlenmiş demetler halinde bulunan selüloz polimer zincirleri arasındaki boşluğu arttırdığını ortaya koydu. Genişletilmiş boşluk, lityum iyonlarının nispeten engelsiz bir şekilde geçebileceği iyon otoyollarının ne kadarını oluşturur.

Qi, “Lityum iyonları, bu organik katı elektrolitte, tipik olarak inorganik seramiklerde bulduğumuz mekanizmalar aracılığıyla hareket eder ve rekor düzeyde yüksek iyon iletkenliği sağlar” dedi. “Doğanın sağladığı malzemeleri kullanmak, pil üretiminin çevremize olan genel etkisini azaltacaktır.”

Katı bir elektrolit olarak çalışmaya ek olarak, yeni malzeme aynı zamanda bir katı hal pil için bir katot bağlayıcı olarak da işlev görebilir. Anotların kapasitesini eşleştirmek için katotların önemli ölçüde daha kalın olması gerekir. Ancak bu kalınlık iyon iletimini tehlikeye atabilir ve verimliliği azaltabilir. Daha kalın katotların çalışması için iyon ileten bir bağlayıcı ile kaplanmaları gerekir. Ekip, yeni materyallerini bağlayıcı olarak kullanarak, şimdiye kadar bildirilen en kalın fonksiyonel katotlardan biri olduğuna inandıklarını gösterdi.

Araştırmacılar, yeni malzemenin katı hal pil teknolojisini kitle pazarına getirme yolunda bir adım olabileceğinden umutlu.

Referans: Chunpeng Yang, Qisheng Wu, Weiqi Xie, Xin Zhang, Alexandra Brozena, Jin Zheng, Mounesha N. Garaga, Byung Hee Ko, Yimin Mao, Shuaiming He, Yue tarafından “Katı hal piller için bakır koordineli selüloz iyon iletkenleri” Gao, Pengbo Wang, Madhusudan Tyagi, Feng Jiao, Robert Briber, Paul Albertus, Chunsheng Wang, Steven Greenbaum, Yan-Yan Hu, Akira Isogai, Martin Winter, Kang Xu, Yue Qi ve Liangbing Hu, 20 Ekim 2021, Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03885-6

Brown Üniversitesi’ndeki araştırma Ulusal Bilim Vakfı (DMR-2054438) tarafından desteklendi.

.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.