ALTIN 441,98
DOLAR 7,4126
EURO 9,0363
BIST 1.542
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 13 °C
Sağanak Yağışlı

Sodyum iyon pillerin atomik yapısının tahmin etmek için yeni bir yöntem

11.11.2020
141
A+
A-
Sodyum iyon pillerin atomik yapısının tahmin etmek için yeni bir yöntem

Çin Bilimler Akademisi ve Delft Teknoloji Üniversitesi’nden (TU Delft) araştırmacılar, sodyum iyon pillerin atomik yapısını tahmin etmek için bir yöntem geliştirdiler.

Şimdiye kadar, en iyi süper bilgisayarlarda bile bu imkansızdı. Bulgular, sodyum iyon pillerle ilgili araştırmaları önemli ölçüde hızlandırabilir.

Sonuç olarak, bu tür piller akıllı telefonlarımızda, dizüstü bilgisayarlarımızda ve elektrikli arabalarımızda bulunan popüler Li-ion pillerin yanında ciddi bir teknoloji haline gelebilir. Araştırmacılar bulgularını Science dergisinde yayınladılar.

Cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve elektrikli arabaların tümü lityum iyon pil içerir. Performans ve enerji yoğunluğu açısından bu piller rakipsizdir. Yine de, bir tür bataryaya ticari bağımlılığın dezavantajları da vardır.

Örneğin kobalt alın. Şimdiye kadar, çok sayıda araştırmaya rağmen, bu nadir kaynak olmadan lityum iyon pil üretmek mümkün olmadı. Kobalt, neredeyse yalnızca Kongo’da sert koşullar altında ve çevre üzerinde büyük bir etkiye sahip olarak çıkarılmaktadır.

Lityum, uzun vadede sorun yaratabilecek bir kaynaktır. TU Delft araştırmacısı Marnix Wagemaker, “Şu anda elimizde fazlasıyla var” diyor. “Ama gelecekte hepimiz elektrikli araç kullanacaksak ve evde güneş enerjisini depolamak için büyük pillere ihtiyacımız olursa, aynı zamanda muazzam miktarda lityuma da ihtiyacımız olacak.” Bu bir sorun olabilir çünkü lityum rezervleri sonsuz değil.

Sodyum iyon pillerin atomik yapısının tahmin etmek için yeni bir yöntem 1
Delft Teknoloji Üniversitesi

Mutfak tuzu

Araştırmacılar sodyum iyon pillerin potansiyele sahip olduğuna inanıyor . İsim her şeyi söylüyor: Bu tip piller lityum yerine diğer şeylerin yanı sıra mutfak tuzunda bulunan sodyuma dayanıyor.

Teorik olarak, Na-ion piller Li-ion piller kadar iyi performans göstermiyor, ancak boşluk o kadar büyük değil. Wagemaker, “Laboratuvar ölçeğinde, Na-ion piller Li-ion pillerden yalnızca %20 ila 30 daha düşük bir enerji yoğunluğuna ulaşabilir.

Bu nedenle, cep telefonları veya elektrikli arabalar söz konusu olduğunda rekabetçi değillerdir. Ağırlığın biraz daha az önemli olduğu durumlarda, örneğin denizcilik uygulamalarında veya sık sık şarj edilebilen araçlarda, bunlar iyi bir alternatif olabilir. “

Na-ion piller, örneğin evde bir elektrik duvarında veya rüzgar ve güneş enerjisini depolayan bir pil parkında sabit kullanım için de uygun olacaktır.

Ek olarak, Na-ion piller, daha iyi ve daha ucuz pozitif elektrotlar oluşturmak için hammadde kullanımında daha fazla fırsat sağlar. Bu çok yönlülük, örneğin Li-ion pillerdeki pozitif elektrotlara kıyasla kobalttan kurtulmayı çok daha kolay hale getirir.

Kobalt sadece pahalı değil, aynı zamanda emek sömürüsü açısından da etik bir sorun teşkil ediyor.

Sodyum iyon pillerin atomik yapısının tahmin etmek için yeni bir yöntem 2
Delft Teknoloji Üniversitesi

Sonsuz

İronik bir şekilde, bu çok yönlülük aynı zamanda sodyum iyon pilin laneti. Li-ion piller yalnızca sınırlı sayıda hammadde ve malzeme yapısı ile çalışır ve bir katot için en iyi “tarif” in ne olduğu nispeten açıktır. Na-ion piller için öyle değil.

Wagemaker, “Elementlerin kesin kokteyline bağlı olarak, pozitif elektrotun atomik yapısında, pilin performansı üzerinde büyük bir etkiye sahip olan ince farklarla karşılaşacaksınız,” diye açıklıyor.

“Sadece bir avuç öğeyle, o kadar çok yapısal olasılık var ki, en hızlı süper bilgisayar bile farklı kombinasyonların nasıl ortaya çıkacağını tahmin edemiyor. Sonuç olarak, yeni malzemelerin gelişimi yavaş.”

En azından şimdiye kadar durum böyleydi. Ancak Delft araştırmacıları ve Çinli meslektaşları, katot için ideal tarifi tahmin etmenin bir yolunu buldular.

Atom düzeyinde, bir katot sandviç gibi görünür: Aralarında iyonlar bulunan birkaç katmandan oluşur. Wagemaker, “İlk başta atomun yapısını belirleyen iyonların boyutu gibi görünüyordu” diyor.

“Ancak kısa sürede bunun tek faktör olmadığı anlaşıldı. İyonların elektrik yükünün dağılımı çok önemli bir rol oynuyor.”

Jeoloji

Bu, araştırmacılar için çok önemli bir fikirdi çünkü bir iyonun boyutu ile yükü arasındaki oranın, “iyonik potansiyel” denen şeyin tahmin değeri olduğu biliniyor.

Wagemaker, “Jeolojide, bu ilişki, örneğin bazı demir oksitlerin neden diğerlerinden daha fazla çözünür olduğunu anlamak için on yıllardır kullanılmaktadır” diyor. “Bu, dünyanın belirli katmanlarının oluşumu veya diğer jeolojik süreçler hakkında bir şeyler ortaya çıkarabilir.”

Soru, bu ilişkinin atomik ölçekte de yararlı olup olmayacağıydı. Öyle olduğu ortaya çıktı. Araştırmacılar, iyonik potansiyele dayalı basit bir formül geliştirdiler.

Wagemaker, “Bu formülü kullanarak, hammadde seçiminin hangi oranda hangi yapıda olacağını tahmin edebiliriz” diyor. “Formül bize muazzam olasılıklar boyunca en iyi performansı sağlayabilen elektrot malzemelerine ulaşmamıza rehberlik ediyor.”

Yükselişte

Araştırmacılar ayrıca yeni malzemeler tasarlayarak formüllerini test ettiler. Wagemaker, “Mümkün olan en yüksek enerji yoğunluğuna sahip ve çok hızlı şarj edebileceğiniz bir katot yapmaya çalıştık” diyor.

“Her iki durumda da başardık. Enerji yoğunluğu açısından mümkün olanın üst sınırındaydık. Jeolojiden çok eski bir fikre dayanan bu kadar basit bir formülün atomik bu doğrulukla ölçeklendirin. “

Bu araştırma, bir pilin bir parçasına odaklandı: Katot, Mantıklı bir sonraki adım, çeşitli pil türleri için hem elektrotlarda hem de elektrolitlerde diğer yapı türlerine de bakmaktır.

Bu yeni yaklaşım orada da bir rol oynayabilir mi? Marnix Wagemaker öyle düşünüyor. “Bunu önümüzdeki dönemde keşfedeceğiz.

Bu araştırma ile gelecek nesil piller için malzeme geliştirmeyi hızlandırmayı umuyoruz.”

Kaynak: Delft University of Technology tarafından sağlanmıştır.

BİR YORUM YAZIN
ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.