Bilim adamları elektrikli araçlar için ısıya dayanıklı piller üretti

Yeni sıcaklığa dayanıklı piller, elektrikli araçların aşırı soğuğa ve sıcağa daha iyi dayanabileceği ve sonuçta tek bir şarjla daha uzun süre seyahat edebileceği anlamına gelebilir.

San Diego, California Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hem soğukta hem de kavurucu sıcakta iyi performans gösteren lityum iyon piller yarattılar.

Pilde elektrik akımının akmasına izin veren bir madde olan ısıya dayanıklı özel bir elektrolit kullandılar.

Piller, elektrikli araçların üretimine dahil edilirse, soğuk iklimlerde elektrikli araçların tek bir şarjla daha uzağa gitmesini sağlayabilir.

Ayrıca, sıcak iklimlerde araba akülerinin aşırı ısınmasını önlemek için pahalı soğutma sistemlerine olan ihtiyacı da azaltabilirler.

California San Diego Üniversitesi'ndeki mühendisler, hem soğukta hem de kavurucu sıcakta iyi performans gösteren lityum iyon piller geliştirdiler.  Bu tür piller, daha soğuk iklimlerde elektrikli araçların tek bir şarjla daha fazla seyahat etmesine izin verebilir.  Ayrıca, sıcak iklimlerde araç akülerinin aşırı ısınmasını önlemek için soğutma sistemlerine olan ihtiyacı da azaltabilirler (dosya resmi).

California San Diego Üniversitesi’ndeki mühendisler, hem soğukta hem de kavurucu sıcakta iyi performans gösteren lityum iyon piller geliştirdiler. Bu tür piller, daha soğuk iklimlerde elektrikli araçların tek bir şarjla daha fazla seyahat etmesine izin verebilir. Ayrıca, sıcak iklimlerde araç akülerinin aşırı ısınmasını önlemek için soğutma sistemlerine olan ihtiyacı da azaltabilirler (dosya resmi).

LI-ION PİL NEDİR?

Lityum iyon pil, negatif (anot) ve pozitif (katot) elektrotlar arasında hareket eden lityum iyonları tarafından şarj edilen ve boşaltılan bir tür şarj edilebilir pildir.

Lityum iyon piller, elektrolitte yalnızca iyonik biçimde bulunan lityum içerir.

Karşılaştırıldığında, lityum metal piller genellikle şarj edilemez ve lityum metal içerir.

Çoğu lityum metal pil yeniden şarj edilemez, ancak lityum iyon piller şarj edilebilir.

Bir lityum metal pil asla yeniden şarj edilmemelidir, lityum iyon piller ise yüzlerce kez yeniden şarj edilebilir.

Lityum iyon piller yüksek kapasiteli enerji depolamaya uygun olduklarından, akıllı telefonlar ve PC’ler gibi tüketici elektroniği, endüstriyel robotlar, üretim ekipmanları ve otomobiller dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kullanılırlar.

Kaynak: IATA/Yeşil Piller/Toshiba.

Halihazırda, çok yüksek veya çok soğuk sıcaklıklar, örneğin şarj hızlarını yavaşlatarak ve araçların şarj edilmeleri gerekmeden önce seyahat edebilecekleri mesafeyi azaltarak, elektrikli araçlardaki pillerin performansını olumsuz yönde etkileyebilir.

Sürücünün başka bir şarj istasyonuna gidemeden pilinin bitme korkusu “menzil kaygısı” olarak bilinir ve yeşil elektrikli araçların toplu olarak benimsenmesinin önünde bir engel olarak görülür.

UC San Diego Jacobs Mühendislik Okulu’ndan Profesör Zheng Chen, “Ortam sıcaklıklarının üç haneli rakamlara ulaşabileceği ve yolların daha da ısınabileceği alanlarda yüksek sıcaklıklarda çalışmanız gerekiyor” dedi.

“Elektrikli araçlarda piller genellikle yerin altında, sıcak yolların yanında.

“Ayrıca piller sadece çalışma sırasında akım geçtiği için ısınır. Piller bu yüksek sıcaklığa dayanamazsa performansları hızla düşecektir.”

Piller anot, katot ve elektrolit olmak üzere üç ana bileşenden oluşur.

Bir elektrolit (genellikle sıvı veya macun formundaki bir kimyasal), anot ve katodu ayırır ve aralarında elektrik yükü akışını hareket ettirir.

Lityum iyon piller, şarj sırasında lityum iyonlarını katottan anoda taşır.

Chen ve meslektaşları tarafından geliştirilen piller, lityum tuzu ile karıştırılmış sıvı bir dibütil eter çözeltisi olan elektrolitleri sayesinde hem soğuğa hem de sıcağa dayanıklıdır.

Dibütil eterin özelliği, moleküllerinin lityum iyonlarına zayıf bir şekilde bağlanmasıdır; bu, elektrolit moleküllerinin pil çalışması sırasında kolayca lityum iyonlarını serbest bırakabileceği anlamına gelir.

Bu zayıf moleküler etkileşim, sıfırın altındaki sıcaklıklarda pil performansını iyileştirir.

Lityum iyon piller, biri lityum (katot) ve diğeri karbondan (anot) olmak üzere iki elektrot içerir ve elektrolit adı verilen bir sıvı veya macun içine daldırılır.  Pil şarj edildiğinde, iyonlara bağlı elektronlar devreden geçerek cihaza güç sağlar.

Lityum iyon piller, biri lityum (katot) ve diğeri karbondan (anot) olmak üzere iki elektrot içerir ve elektrolit adı verilen bir sıvı veya macun içine daldırılır. Pil şarj edildiğinde, iyonlara bağlı elektronlar devreden geçerek cihaza güç sağlar.

Ayrıca dibütil eter, yüksek sıcaklıklarda sıvı kaldığı için ısıya kolayca dayanabilir – kaynama noktası 286°F veya 141°C’dir.

Test sırasında, test pilleri enerji kapasitelerinin sırasıyla -40°C ve 50°C’de (-40°F ve 122°F) %87,5 ve %115,9’unu korudu.

Yeni piller ayrıca bu sıcaklıklarda sırasıyla %98,2 ve %98,7 gibi yüksek bir “Coulomb verimliliğine” sahipti, bu da arızalanmadan önce daha fazla şarj ve deşarj döngüsüne girebilecekleri anlamına geliyor.

Araştırmacılar, elektrolitlerinin aynı zamanda bir lityum-kükürt pil, bir lityum metal anotlu ve bir kükürt katotlu bir tür şarj edilebilir pil ile uyumlu olduğunu söylüyorlar.

Lityum-kükürt piller, mevcut lityum-iyon pillere göre kilogram başına iki kat daha fazla enerji depolayabilir, bu da pil paketi ağırlığında herhangi bir artış olmadan elektrikli araçların menzilini potansiyel olarak ikiye katlayabilir.

Çoğu elektrikli araç, negatif (anot) ve pozitif (katot) elektrotlar arasında hareket eden lityum iyonları tarafından şarj edilen ve boşaltılan lityum iyon pillerle çalışır.  Resim, Norveç'in Mosjøen kentinde elektrikli araç şarjını göstermektedir.

Çoğu elektrikli araç, negatif (anot) ve pozitif (katot) elektrotlar arasında hareket eden lityum iyonları tarafından şarj edilen ve boşaltılan lityum iyon pillerle çalışır. Resim, Norveç’in Mosjøen kentinde elektrikli araç şarjını göstermektedir.

Bununla birlikte, lityum-kükürt pillerin, özellikle yüksek sıcaklıklarda reaktivite gibi ticarileşmelerini engelleyen bazı sorunları vardır.

Ek olarak, lityum metal anotlar, pilin parçalarını delip kısa devre yapmasına neden olan dendrit adı verilen iğne benzeri yapılar oluşturmaya eğilimlidir.

Sonuç olarak, lityum kükürt piller yalnızca onlarca döngüye kadar dayanır.

UC San Diego ekibi tarafından geliştirilen dibutil eter elektrolit, yüksek ve düşük sıcaklıklarda bile bu sorunları önler.

Test ettikleri piller, geleneksel lityum-kükürt pillere göre daha uzun bir ömre (performans kaybetmeden önce tamamlayabilecekleri şarj ve deşarj döngülerinin sayısı) sahipti.

Ekip ayrıca, daha fazla kükürtün elektrolit içinde çözülmesini önleyen bir polimer üzerine aşılayarak daha kararlı bir kükürt katodu geliştirdi.

Ekip, gelecekteki araştırmalarda pilin kimyasını genişletmeyi, daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasını sağlamayı ve ömrünü daha da uzatmayı planlıyor.

Proceedings of the National Academy of Sciences’da yayınlanan bir makalede ısıya dayanıklı pillerini anlattılar.

LİTYUM KÜKÜRT PİLLERİN AVANTAJLARI VE EKSİLERİ

Lityum kükürt piller, lityum iyon pillerden beş kat daha fazla enerji sağlayabilir.

Ek olarak, kükürt, geleneksel lityum iyon pil katotlarında kullanılan kobalttan daha bol ve elde edilmesi daha az problemlidir.

Bununla birlikte, lityum-kükürtün ticarileştirilmesi, kısa ömür, düşük çevrim verimliliği ve düşük güvenlik gibi birçok engelle karşı karşıyadır.

Lityum-kükürt pillerin temel sorunları, kükürtün düşük iletkenliği ve şarj sırasında hacmindeki güçlü değişikliktir.

Hacimdeki bu değişiklik – yüzde 78’e kadar – kükürt parçacıklarının kademeli olarak kohezyon kaybına yol açabilir.

Bu, Lityum İyon pillerin elektrot basitçe parçalanmadan ve Lityum Kükürt pilin çalışmayı durdurmadan önce daha düşük bir kapasiteye ulaştığı anlamına gelebilir.

Ancak kükürt çok ucuz ve boldur, nispeten düşük atom ağırlığına ve yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir.

Lityum-kükürt piller, daha yüksek özgül enerji veya birim kütle başına enerji sağlayarak lityum-iyon pillerin yerini alma potansiyeline sahiptir.

Bilim adamları, lityum-kükürt pilleri üretmek için, içinden bir elektrik akımının aktığı bir metal parçası olan lityum elektrotu, karbon ve kükürt kombinasyonuyla bir lityum iyon pilde değiştirir.

Leave a Comment

Share via
Copy link
Powered by Social Snap