Lityum iyon bataryalar, günlük hayatımızda kullandığımız araçların vazgeçilmez bir parçası hâline gelse de enerji konusunda daha verimli çözümler üzerine çalışılmaya devam ediliyor. Lityum iyon bataryalara göre daha hızlı şarj olabilen, daha hafif ve daha uzun ömürlü batarya arayışı sürüyor. Özellikle elektronik araçlar ve taşınabilir teknolojiler için talep sürekli artıyor.
Peki daha hafif ve daha hızlı şarj olabilen bataryalara erişmek mümkün mü? Lityum iyon bataryaların şu andaki nesli, anot olarak grafiti kullanıyor ki bu da göreceli olarak daha az kapasite anlamına geliyor. Silikon anotların yüksek kapasitesi ve çevreye daha az zararlı olması nedeniyle grafit anotların yerine geçebileceği düşünülüyor. Bununla birlikte büyük parçacık boyutlarına sahip silikon anotlardan oluşan bataryalar genel olarak daha kısa ömürlü olmaya eğilimli oluyor. Araştırmacılar; silikon, alüminyum ve bizmut nano parçacıklarından oluşan bir alaşımı kullandıklarında da kısa ömür ve yüksek maliyetlerle karşılaştılar.
Silikon anotlara çözüm elektrolit:
Maryland Üniversitesi'nden bir ekibin yaptığı çalışmada, silikonun üzerinde koruyucu bir katman yaratan elektrolit kullanıldı. Bu elektrolit; kararlı ve silikon anot parçacıklarında meydana gelen kabarmalara direniyor. Yeni elektrolit, silikondaki anot parçacıklara koruyucu katmanın içerisine doğru kabarma şansı tanıyor.
Araştırmanın yöneticisi Dr. Ji Chen, akıllıca tasarlanmış yeni elektrolitle birlikte silikon, alüminyum ve bizmut parçacıklarının dolma boşalma döngülerini lityum iyon bataryalardaki gibi istikrarlı hâle getirebildiklerini söyledi. Chen, bu durumun daha önce asla başarılamaz olarak düşünüldüğünü kaydetti. Bataryanın enerji yoğunluğu elektrotlar tarafından kontrol edilirken performansı elektrolitler tarafından belirleniyor. Tasarlanan yeni elektrolitler, mikro ölçekteki alaşım anotlarını kullanıyor ve bu da bataryanın enerji yoğunluğunu kayda değer bir biçimde zenginleştiriyor.
Yeni keşiften önce silikon anotlar için kullanılan elektrolit ile Katı Elektrolit Yüzeyi (SEI) adı verilen türdeş bir polimer katman yaratmak amaçlanıyordu. Bu katman; esnek ve silikonla güçlü bir bağ kuruyordu ancak SEI ile silikon arasında kurulan güçlü bağ nedeniyle silikon kabarmaya başlayınca SEI de aynı hacimde kabarıyordu; bu nedenle bataryanın faaliyeti sırasında iki katman da parçalanıyordu. Yeni elektrolitle birlikte seramik SEI üretilerek SEI hasarının önüne geçiliyor.
