Batarya teknolojisinde yeni bir dönüm noktası olabilecek bir gelişme Çin merkezli bir araştırma takımından geldi. Grup, iletkenliği yüksek, lityum iyonlarını kolaylıkla depolayabilen ve kendini onarabilen yeni bir katot malzemesi geliştirdi. Üstelik bu materyal, demir, klor ve lityum üzere ucuz ve bol bulunan elementlerden oluşuyor. Batarya katotları çoklukla birden fazla bileşeni bir ortaya getirerek performans artırmaya çalışır. Lakin bu yaklaşım, farklı materyaller ortasındaki arayüzlerin vakitle bozulmasına ve batarya kapasitesinin düşmesine yol açar. Yeni geliştirilen gereç ise bu sorunu büsbütün ortadan kaldırma potansiyeline sahip.
İletkenlik, depolama ve dayanıklılık bir arada
Araştırma takımı, klasik karmaşık katot dizaynlarını sadeleştirmeyi hedefledi. Klora dayalı bileşiklerin iyon taşımada tesirli olduğu lakin elektriksel iletkenliklerinin zayıf olduğu biliniyordu. Bilim insanları bu nedenle demir klorürü lityumla evvelden yükleyerek iletkenliği artırmayı ve yapısal kararlılığı güçlendirmeyi denedi.
Elde ettikleri kristal yapı, lityum iyonlarının rahatça hareket edebileceği ve depolanabileceği çok yüzlü simetrik bir geometriye sahipti. Laboratuvar ortamında üretilen bu yapı, 200°C’de ısıtılarak stabil hale getirildi.
Test sonuçları dikkat cazibeli: Yeni gereç, güç yoğunluğu açısından lityum demir fosfat (LFP) katotlarla misal düzeyde. Fakat yüksek şarj suratlarında kapasitesini daha uygun koruması ile farklılaşıyor. Batarya, 15 dakikadan kısa sürede dolabilecek bir süratte 3.000 çevrimden sonra bile kapasitesinin yüzde 90’ını koruyabiliyor.
Malzemenin iletkenliği başlangıçta ülkü olmasa da yüzde 2 oranında iletken karbon eklenerek bu sorun çözüldü. Ayrıyeten gereç, yüksek kapasiteli katotların üzerine katman olarak uygulanarak hem iyon iletimini sağlıyor hem de fazla iyonları depolayabiliyor.
Kendi kendini onaran yapı
Yüksek dayanıklılığın gerisindeki temel nedenlerden biri, gerecin şarj döngüsü boyunca geçirdiği faz geçişleri. Bu geçişler sırasında yapı içinde oluşan mekanik gerilmeler, materyalin kırılganlıktan esnekliğe geçmesini sağlıyor. Araştırmacılar, şarj esnasında oluşan mikro çatlakların ve boşlukların tamamen iyileştiğini belirtiyor. Bu sayede materyal uzun periyodik kullanıma karşı dirençli hale geliyor.
Tüm bu avantajlara karşın, laboratuvar ölçeğinde kullanılan üretim tekniği — toz haline getirme ve düşük sıcaklıkta sinterleme — büyük ölçekli üretime uygun değil. Araştırma grubu, üretim sürecini ölçeklenebilir hale getirmek için alternatif yollar üzerinde çalışıyor.
