Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST), silikon bazlı anot (-) malzemeleriyle ilgili kalıcı bir soruna basit bir çözüm sağlayan bir teknolojinin geliştirildiğini duyurdu.
Yeni bir ön arıtma stratejisi, uzun zamandır devam eden silikon anot malzemeleri sorununu çözüme kavuşturdu. Bu çözüm tabanlı strateji, büyük ölçekli üretim için basit ve güvenli işlemeye olanak tanıyor.
Koreli araştırmacılardan oluşan bir ekip, yüksek kapasiteli pillerin enerji yoğunluklarını en üst düzeye çıkarmak için bir işleme teknolojisi geliştirdi. Dr. Lee, Enerji Depolama Araştırmacısı Dr Hong, Enerji Malzemeleri Araştırma Merkezi’nin Jihyun Merkezi’nden ortak araştırma ekibi, Temiz Enerji Enstitüsü, Fen Bilimleri Kore Enstitüsü (KIST) , silikon bazlı anot (-) malzemeleriyle ilgili kalıcı bir soruna basit bir çözüm sağlayan bir teknolojinin geliştirildiğini duyurdu.
Son zamanlarda, lityum iyon pillerdeki grafit anot malzemelerinden dört kat daha fazla lityum iyonu depolayabilen silikon anot malzemeleri, elektrikli araçların kilometre ömrünü arttırma potansiyeli nedeniyle giderek daha fazla ilgi gördü. Ancak, ilk döngüde şarj edildiğinde, silikon bazlı anotu olan bir pil, elektrik depolamak için kullandığı lityum iyonlarının %20’sinden fazlasını kaybeder ve bu da daha düşük pil kapasitesi sorunuyla sonuçlanır. Bu sorunu çözmek için, akü çevrimi sırasında lityum kaybını telafi etmek için akü montajından önce ekstra lityum ekleyen bir “lityum ön yükleme” veya “ön lityum” yöntemi uygulanır. Lityum tozu kullanmak gibi şimdiye kadar uygulanan yöntemler, güvenlik tehlikesi ve yüksek maliyet açısından dezavantajlara sahiptir.
KIST‘li Dr. Lee ve Dr. Hong, silikon bazlı bir anotta lityum kaybını önlemek için lityum iyonlarının lityum tozu yerine lityum içeren bir çözelti kullanarak önceden yüklenmesini sağlayan bir teknoloji geliştirdi. Bir elektrodun özel olarak hazırlanmış çözeltiye sadece beş dakika boyunca batırılması, elektronların ve lityum iyonlarının kendiliğinden kimyasal bir reaksiyon yoluyla silikon bazlı anot içine sokulduğu başarılı bir lityum ön yüklemesi elde etmek için yeterlidir. Bu basit işlemi mümkün kılan, heterojen lityum dağılımına yol açan bir elektroda lityum tozu ekleme yönteminin aksine, uyarlanmış ön yükleme çözeltisinin lityumun silikon okside homojen bir şekilde verilmesini sağlayan bir elektroda hızla sızmasıydı.
Araştırma ekibi tarafından geliştirilen önceden silikonize edilmiş anot, ilk şarjda aktif lityumun %1’inden daha azını kaybederek %99 veya daha yüksek bir ilk pil verimliliği sağlar. Önceden hazırlanmış anotla üretilen bir batarya, piyasada bulunan grafit anot (406 Wh/kg? 504 Wh/kg) kullanılarak karşılaştırılabilir bir bataryaya göre %25 daha yüksek bir enerji yoğunluğu sergiliyor.
Araştırmaya başkanlık eden Dr. Lee, “Hesaplamalı malzeme bilimi tekniğini optimal bir moleküler yapının tasarımına dahil ederek, yüksek kapasiteli silikon bazlı bir anodun verimliliğini, çözelti sıcaklığını ve reaksiyon süresini kontrol etmenin basit bir yöntemi. Bu teknoloji mevcut akü üretim tesislerinde kullanılan “”rulodan ruloya prosesine kolayca uygulanabildiğinden, yöntemimiz pratik aküler için silikon bazlı anotların uygulanmasında bir atılım yapma potansiyeline sahiptir.” Önde gelen araştırmacı Dr. Hong, “Bu ortak çalışma gerçekleştirilebilir, çünkü KIST farklı araştırma ekiplerinden üyeler arasında ortak araştırmayı teşvik ediyor.” diyerek devam etti,
* Hesaplamalı malzeme bilimi: Bir maddenin kompozisyonunu ve yapısını bilgisayar simülasyonları ile öngören bir araştırma yöntemidir.
**Rulodan ruloya: Seri baskı teknolojisinin üretime uygulanması
Kaynak: Juyoung Jang, Inyeong Kang, Jinkwan Choi, Dr. Hyangsoo Jeong, Prof. Kyung ‐ Woo Yi, Dr. Jihyun Hong ve Dr. Minah Lee, 13 Mayıs 2020, Angewandte Chemie: International Edition. scitechdaily
KIST’in Enerji Depolama Araştırmaları Merkezi’nin bir başka başarısı da, tekrarlanan pil çevrimi sırasında silikon esaslı bir anodun nişasta ile “kızartılmış” silikon uygulanarak dramatik hacim değişikliğini hafiflettiği sunulmuştur.
Araştırma, Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nün (KIST) Kurumsal Araştırma Programı tarafından desteklenmiştir. Bu araştırma aynı zamanda İklim Değişikliklerini Çözmek için Teknoloji Geliştirme Programı ve Kore Ulusal Araştırma Vakfı’nın Hidrojen Enerjisi İnovasyonu Teknoloji Geliştirme Programı tarafından da desteklenmiştir. Bu teknolojiyi bildiren bir araştırma makalesi, uluslararası bir kimya dergisi olan (IF: 12.257; JCR’nin% 9.593’ü) Angewandte Chemie: International Edition’ın bir sayısında bir iç kapak hikayesi olarak yayınlanacaktır.
