Teknoloji

Yeni Lityum Pil Hızlı Şarj Ediyor, Cihaz Patlama Riskini Azaltıyor

Cep telefonu pilleri genellikle ısınır ve bazen alevlere bile patlayabilir. Çoğu durumda, bu tür olayların arkasındaki suçlu, lityum pillere kadar uzanabilir. Cihazları açık tutabilen uzun ömürlü elektrik akımları sağlasa da, lityum piller dahili olarak kısa devre yapabilir ve cihazı ısıtabilir.

Texas A&M Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, lityum pillerin ısınmasını ve arızalanmasını önleyebilecek bir teknoloji icat ettiler. Akünün anot adı verilen iletken plakası için karbon nanotüp tasarımı, büyük miktarda lityum iyonunun güvenli bir şekilde depolanmasını sağlar, böylece yangın riskini azaltır. Araştırmacılar, yeni anot mimarilerinin lityum pillerin piyasada bulunan mevcut pillerden daha hızlı şarj edilmesine yardımcı olacağını söyledi.

Choongho Yu’nun J. Mike Walker ’66 Bölümü’ndeki malzeme bilimleri lisansüstü öğrencisi olan Juran Noh, “Lityum piller için, cihazları hızlı bir şekilde şarj etmek için gereken büyük ve sürekli akımların üretilmesinde verimli olan yeni nesil anotlar tasarladık” dedi. Mühendisliği Bölümü. “Ayrıca, bu yeni mimari, lityumun anotun dışında birikmesini önler, bu da zaman içinde pilin iki bölmesinin içeriği arasında istenmeyen temaslara neden olabilir, bu da cihaz patlamalarının ana nedenlerinden biridir.”

Sonuçları derginin Mart sayısında yayınlandı Nano Mektuplar.

Lityum piller kullanılırken, şarj edilmiş parçacıklar pilin iki bölmesi arasında hareket eder. Lityum atomları tarafından verilen elektronlar pilin bir tarafından diğer tarafına hareket eder. Lityum iyonları diğer yöne gider. Pili şarj ederken, lityum iyonları ve elektronları orijinal bölmelerine geri döner.

Bu nedenle, anodun özelliği veya pilin içinde lityum iyonları barındıran elektrik iletkeni, pilin özelliklerinde belirleyici bir rol oynar. Yaygın olarak kullanılan bir anot malzemesi grafittir. Bu anotlarda, lityum iyonları grafit katmanları arasına sokulur. Bununla birlikte Noh, bu tasarımın anot içinde saklanabilen lityum iyonlarının miktarını sınırladığını ve şarj sırasında iyonları grafitten çıkarmak için daha fazla enerji gerektirdiğini söyledi.

Bu pillerin de daha sinsi bir sorunu var. Bazen lityum iyonları anot üzerinde eşit olarak birikmez. Bunun yerine, anotun yüzeyinde parçalar halinde birikerek dendrit adı verilen ağaç benzeri yapılar oluştururlar. Zamanla, dendritler büyür ve sonunda pilin iki bölmesini ayıran malzemeyi deler. Bu ihlal bataryanın kısa devre yapmasına neden olur ve cihazın parlamasını sağlayabilir. Büyüyen dendritler ayrıca lityum iyonları tüketerek pilin performansını etkiler ve akım oluşturmak için kullanılamaz hale getirir.

Noh, başka bir anot tasarımının grafit yerine saf lityum metal kullanmayı içerdiğini söyledi. Grafit anotlarla karşılaştırıldığında, lityum metali olanlar birim kütle veya enerji yoğunluğu başına çok daha yüksek enerji içeriğine sahiptir. Ancak dendritlerin oluşumu nedeniyle de aynı felaketle başarısız olabilirler.

Bu sorunu çözmek için Noh ve ekip arkadaşları karbon nanotüpler olarak adlandırılan oldukça iletken, hafif malzemeler kullanarak anotlar tasarladılar. Bu karbon nanotüp iskeleleri, lityum iyonlarının girip birikmesi için boşluklar veya gözenekler içerir. Bununla birlikte, bu yapılar lityum iyonlarına olumlu bir şekilde bağlanmaz.

Yeni Lityum Pil Hızlı Şarj Ediyor, Cihaz Patlama Riskini Azaltıyor
Anot için yeni karbon nanotüp mimarisine sahip bir lityum pili gösteren bir şema.

Juran Noh’un izniyle

Bu nedenle, biraz farklı yüzey kimyasına sahip iki karbon nanotüp anodu daha yaptılar – biri lityum iyonlarına bağlanabilen çok sayıda moleküler grupla, diğeri de aynı moleküler gruplara sahip ancak daha az miktarda bağlandı. Bu anotlarla, dendrit oluşturma eğilimini test etmek için piller ürettiler.

Beklendiği gibi, araştırmacılar sadece karbon nanotüplerle yapılan iskelelerin lityum iyonlarına iyi bağlanmadığını buldular. Sonuç olarak, neredeyse hiç dendrit oluşumu yoktu, ancak pilin büyük akımlar üretme kabiliyeti de tehlikeye atıldı. Öte yandan, aşırı bağlanma molekülü olan iskeleler, pilin ömrünü kısaltan birçok dendrit oluşturdu.

Bununla birlikte, optimum miktarda bağlanma molekülü olan karbon nanotüp anotları dendrit oluşumunu önledi. Ek olarak, çok miktarda lityum iyonu, iskele yüzeyi boyunca bağlanabilir ve yayılabilir, böylece pilin büyük, sürekli akımlar üretme kabiliyetini artırabilir.

Noh, “Bağlayıcı moleküler gruplar bol olduğunda, lityum iyonlarından yapılan lityum metal kümeleri sadece iskelelerdeki gözenekleri tıkar.” Dedi. “Ancak bu bağlayıcı moleküllerin tam olarak doğru miktarına sahip olduğumuzda, karbon nanotüp iskelelerini sadece belirli yerlerde ‘açabiliriz’, lityum iyonlarının dışarıda birikmek yerine tüm iskele yüzeyine bağlanmasına izin verebilirdik anodun yüzeyini ve dendritleri oluşturur. ”

Noh, en iyi performans gösteren anotlarının, piyasada bulunan lityum pillerden beş kat daha fazla akım ele aldığını söyledi. Bu özelliğin, elektrikli otomobillerde kullanılanlar gibi hızlı şarj gerektiren büyük ölçekli piller için özellikle yararlı olduğunu belirtti.

Noh, “Güvenli ve uzun ömürlü lityum metal anotlar inşa etmek onlarca yıldır bilimsel bir zorluk oldu” dedi. “Geliştirdiğimiz anotlar bu engellerin üstesinden geliyor ve lityum metal pillerin ticari uygulamalarına yönelik önemli ve ilk bir adım.”

Bu araştırmaya diğer katkıda bulunanlar arasında makine mühendisliği bölümünden Jian Tan; ve malzeme bilimi ve mühendisliği bölümünden Digvijay Rajendra Yadav, Peng Wu ve Kelvin Xie.

Bu araştırma Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilmektedir.

Daha Fazla Göster

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı
Kapalı

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen reklam engelleyiciyi devre dışı bırakarak bizi desteklemeyi düşünün
Sohbete Başla
Merhaba .
Yazarınız olmak istiyorum :)