Lityum iyonları, iki katmana dört ayrı aşamada girerek giderek daha yoğun, düzenli altıgen desenler oluşturur... Akıllı telefonlardan elektrikli arabalara kadar çeşitli cihazlarda kullanılan lityum iyon piller, şarj sırasında lityum iyonlarının anottaki grafit katmanları arasında kaydığı iyon ara katmanlaşması yoluyla enerji depolar.
Bir pil ne kadar çok lityum iyonu emebilir ve salabilirse, o kadar çok enerji depolar. Bu süreç iyi bilinmesine rağmen, mikroskobik ayrıntıları belirsizdi.
Manchester Üniversitesi'nden bir ekip, sadece iki karbon katmanından oluşan en ince pil anotu olan çift katmanlı grafeni inceleyerek bu olguya yeni ışık tuttu.
Enerji depolama için lityum ara katmanlamasında şaşırtıcı süreç
Nature Communications'da yayınlanan Manchester bilim insanlarının araştırması, çift katmanlı grafende lityum ara katmanlama sırasında beklenmedik bir 'düzlem içi aşamalandırma' sürecini ortaya koyuyor ve bu da potansiyel olarak enerji depolama teknolojisinde ilerlemelere yol açıyor.
Grafit, kimyasal kararlılığı, geri dönüşümlü ara katmanlama, iyi döngülenebilirliği ve düşük maliyeti nedeniyle uzun süredir Li-ion pillerde anot malzemesi olarak kullanılıyor. Araştırmacılar deneylerinde, normal grafit anotu çift katmanlı grafenle değiştirdiler ve lityum iyonlarının ara katmanlama sırasında nasıl davrandığını gözlemlediler.
Şaşırtıcı bir şekilde, lityum iyonlarının iki katmana aynı anda veya rastgele girmediğini keşfettiler. Bunun yerine, süreç dört ayrı aşamada gerçekleşiyor ve iyonlar her aşamada düzenli, giderek daha yoğun altıgen kafeslerde yer alıyor.
Araştırma ekibine liderlik eden Profesör Irina Grigorieva'ya göre, düzlem içi aşamalandırmanın keşfi beklenmedik bir şeydi. Lityum iyon kafesi ile grafen kristal kafesi arasında daha önce inanılandan çok daha yüksek bir etkileşim seviyesi gösterdi.
Grigorieva, "Atom seviyesindeki bu interkalasyon sürecinin anlaşılması, lityum iyon pilleri optimize etmek ve muhtemelen gelişmiş enerji depolama için yeni malzemeler keşfetmek için yeni yollar açıyor" diye açıklıyor.
Çift katmanlı grafen içgörüler sunar ancak lityum depolama kapasitesinin gerisinde kalır
Çalışma ayrıca çift katmanlı grafenin geleneksel grafite kıyasla daha düşük bir lityum depolama kapasitesine sahip olduğunu buldu. Bunun nedeni, pozitif yüklü lityum iyonları arasındaki etkileşimlerin daha az etkili bir şekilde taranmasını sağlaması, daha güçlü itmeyle sonuçlanması ve iyonların daha uzak durmaya zorlanmasıdır.
Çift katmanlı grafen, toplu grafitten daha yüksek depolama kapasitesi sağlamasa da, benzersiz ara katmanlama süreci önemli bir ilerlemeyi temsil eder. Bu keşif, atomik olarak ince metallerin kullanılmasının tarama etkisini artırabileceğini ve gelecekte depolama kapasitesini potansiyel olarak iyileştirebileceğini göstermektedir.
Araştırma ayrıca lityum iyon ara katmanlamasının anlaşılmasını ilerletmekte ve daha verimli ve sürdürülebilir enerji depolama çözümleri geliştirmek için bir temel sağlamaktadır. Geliştirilmiş pillere olan talep arttıkça, bu bulgular gelecekteki enerji depolama teknolojilerinin gelişimini etkileyebilir.
Bojan Stojkovski | IE
Comments