Elektrikli araç teknolojisinde uzun süredir karşılaşılan en büyük sorunlardan biri, şarj süresi ile menzil arasındaki dengeyi kurabilmek. Şimdi ise bilim insanları, bu soruna yeni bir çözüm getirebilecek deneysel bir pil tasarımı üzerinde önemli bir ilerleme kaydetti.
Yeni geliştirilen lityum-metal pil, yalnızca 12 dakikalık bir şarjla 800 kilometreye kadar yol almayı mümkün kılabilecek potansiyele sahip. Bu gelişme, elektrikli araçların şarj süresi ve menzil sınırlarını yeniden tanımlayabilir.
Geleneksel lityum iyon pillerde, anot kısmında genellikle grafit kullanılıyor. Ancak bu yeni pil tasarımında, grafit yerine doğrudan lityum metal tercih ediliyor. Bu değişiklik, pilin enerji yoğunluğunu önemli ölçüde artırıyor. Enerji yoğunluğu, bir bataryanın ağırlığına veya hacmine oranla ne kadar enerji depolayabildiğini ifade eder ve bir elektrikli aracın tek şarjla ne kadar yol gidebileceğini belirleyen temel faktörlerden biri.
Bu sayede, daha kompakt pillerle daha uzun menzil sunmak teorik olarak mümkün hale geliyor. Ancak bu teknoloji, bir süredir ciddi bir engelle karşı karşıyaydı: Dendrit adı verilen ve şarj esnasında anot yüzeyinde oluşan ince, dallanmış lityum yapıları…
Dendrit sorunu nasıl aşıldı?
Dendrit oluşumu, pilin güvenliğini tehdit eden ciddi bir problem. Bu yapılar, zamanla büyüyerek kısa devrelere yol açabiliyor ve pilin ömrünü kısaltıyor. Hızlı şarj süreçlerinde bu risk daha da artıyor.
Ancak 3 Eylül’de Nature Energy dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, bu sorunun çözümüne yönelik somut bir adım atıldığını gösteriyor. Araştırmacılar, geliştirdikleri yeni bir sıvı elektrolit formülasyonu ile dendrit büyümesini önemli ölçüde durdurmayı başardı.
“Kohezyon önleyici” olarak tanımlanan bu özel sıvı, iyonların anot yüzeyine daha dengeli bir şekilde dağılmasını sağlıyor. Böylece dendrit oluşumu için gerekli olan yapısal zayıflıklar engelleniyor. Bu kimyasal yaklaşım, pilin hem daha hızlı şarj olmasına hem de daha uzun ömürlü olmasına imkan tanıyor.
Yeni elektrolit teknolojisiyle üretilen piller, laboratuvar testlerinde oldukça etkileyici sonuçlar verdi. Prototip pil, %5’ten %70 şarja yalnızca 12 dakikada ulaştı ve bu performansı 350 döngü boyunca korudu. Daha yüksek kapasiteli bir versiyon ise 180 döngü süresince yalnızca 17 dakikada %80 şarja ulaştı.
Araştırma ekibine göre bu veriler, pratikte 300.000 kilometrelik bir kullanım ömrüne karşılık geliyor ki bu da bir elektrikli araç için oldukça tatmin edici bir değer.
Çalışmada görev alan araştırmacılar, dendrit oluşumunun temelinde anot yüzeyindeki düzensiz iyon birikimi olduğunu tespit etti. Lityum iyonları şarj sırasında eşit dağılmadığında, bazı bölgelerde aşırı birikme yaşanıyor ve bu da dendrit yapılarının oluşmasına zemin hazırlıyor.
Yeni geliştirilen sıvı elektrolit, bu dağılımı dengeleyerek sorunlu bölgelerin oluşmasını engelliyor. Böylece pilin iç yapısı daha stabil hale geliyor ve uzun vadede güvenlik riski azaltılıyor.
Araştırmacılardan umut veren açıklama
Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (KAIST) Prof. Hee Tak Kim, çalışmaya ilişkin yaptığı değerlendirmede, “Bu araştırma, pilin arayüz yapısını anlayarak lityum-metal teknolojisinin önündeki en büyük teknik sorunları çözme yolunda önemli bir temel oluşturdu” dedi.
Kim’e göre bu çalışma, elektrikli araçlarda lityum-metal pillerin kullanılmasının önünü açabilecek nitelikte.
Her ne kadar bu teknoloji henüz laboratuvar aşamasında olsa da, dendrit sorununun çözülmesi, lityum-metal pillerin ticari kullanıma geçişinde büyük bir engelin aşıldığını gösteriyor. Hızlı şarj, uzun menzil ve daha kompakt bataryalar, elektrikli araçların daha erişilebilir ve yaygın hale gelmesini sağlayabilir.
