Onur Binay/posta.com.tr

Cep telefonlarından güneş enerjisine, elektrikli arabalara, insanlık giderek pillere bağımlı. Güvenli, verimli ve güçlü enerji depolama talebi artmaya devam ettikçe, bu alanda baskın teknoloji olan şarj edilebilir lityum-iyon piller için umut verici alternatifler de çağrılıyor.

Proceedings of the National Academy of Sciences’dan araştırmacılar, neredeyse bir lityum iyon pilin yanı sıra potasyuma dayanan bir metal pil oluşturmak için dendrit olarak bilinen kalıcı bir zorluğun üstesinden nasıl gelebileceklerini gösterdi. Bu çok daha bol ve daha ucuz bir element.

Piller iki elektrot içeriyor. Bir ucunda katot ve diğer ucunda anot var. Bir lityum iyon pilin içine bakacak olsaydınız, tipik olarak lityum kobalt oksitten yapılmış bir katot ve grafitten yapılmış bir anot görürdünüz. Şarj etme ve boşaltma sırasında, lityum iyonları bu iki elektrot arasında ileri geri akar.

Bu kurulumda, araştırmacılar lityum kobalt oksidi potasyum kobalt oksit ile değiştirecek olsaydı performans düşecekti. Potasyum daha büyük ve daha ağır bir element. Bunun yerine Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nden araştırmacılar,, grafit anodu potasyum metali ile değiştirerek potasyumun performansını arttırmaya çalıştı.

Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nde mekanik, havacılık ve nükleer mühendislik profesörü olan Nikhil Koratkar, "Performans açısından, bu geleneksel bir lityum iyon pile rakip olabilir" dedi .

Metal piller büyük ümit vaat etmesine rağmen, araştırmacılar, pilin deneyleri sırasında anot kısmında dendrit adı verilen metal tortuların biriktiğini fark ettiler.

Dendritler, pili tekrar tekrar şarj etme ve boşaltma döngülerine maruz kaldıkça potasyum metalinin eşit olmayan bir şekilde birikmesi nedeniyle oluşur. Koratkar, zamanla, potasyum metal konglomeralarının uzadığını ve neredeyse dal gibi olduğunu açıkladı.

Çok uzun büyürlerse, sonunda elektrotların birbirine temas etmesini ve pili kısa Bu dallar çok uzadıklarında elektrotların birbirine temas etmesini engelleyerek bataryada kısa devre oluşmamasını sağlayan membranı deliyor. Membranın delinmesi, pilin kısa devre yapmasına neden oluyor. Pilde oluşacak kısa devre ise ortaya çıkardığı ısı ile elektrolitin alev almasına neden oluyor.

Proceedings of the National Academy of Sciences’da yayınlanan makalede Nikhil Koratkar ve ekibi bu sorunun nasıl çözüldüğünü açıklıyor. Araştırmacılar, bataryanın nispeten yüksek bir şarj ve deşarj oranında çalıştırarak pilin içerisindeki sıcaklığı kontrollü bir şekilde yükselttiler. Sıcaklığın kontrollü bir şekilde yükseltilmesi, anottaki dendritlerin kendiliğinden iyileşmesine neden oldu.

Pil içerisindeki sıcaklık artışı potasyum metalini eritmezken, yüzey difüzyonunu aktive etmeye yardımcı oluyor. Böylece potasyum iyonları oluşturdukları yığınları yanal olarak hareket ettirerek dendritlerin yumuşamasına neden oluyor.

Koratkar, "Bu yaklaşımla fikir, geceleri veya pili kullanmadığınız zaman, dendritlerin kendi kendine iyileşmesine neden olacak ve ısı oluşturacak özel bir pil yönetim sistemine sahip olacaksınız" dedi.