Our lives today are governed by electronics in all shapes and forms. Electronics, in turn, are governed by their batteries. However, the traditional lithium-ion batteries (LIBs), that are widely used in electronic devices, are falling out of favor because researchers are beginning to view lithium metal batteries (LMBs) as a superior alternative due to their remarkably high energy density that exceeds LIBs by an order of magnitude. The key difference lies in the choice of anode material: LIBs use graphite, whereas LMBs use lithium metal.
Ancak böyle bir seçim kendi zorluklarını da beraberinde getirir. Bunlardan en göze çarpanları arasında, döngü sırasında lityum anot yüzeyinde 'dendrit' adı verilen ve anot ile katot arasındaki bariyeri delme eğiliminde olan, kısa devreye ve dolayısıyla güvenlik sorunlarına neden olan iğne benzeri yapıların oluşması yer alıyor. "Li dendrit oluşumu büyük ölçüde lityum anotların yüzey doğasına bağlıdır. Bu nedenle LMB'ler için çok önemli bir strateji, lityum yüzeyinde verimli bir katı-elektrolit arayüzü (SEI) oluşturmaktır" diye açıklıyor Daegu Gyeongbuk Bilim Enstitüsü'nden Prof. Yong Min Lee ve Teknoloji (DGIST), Kore, pil tasarımı konusunda uzmanlaşmıştır.
Buna göre araştırmacılar, 2 boyutlu arayüz mühendisliğinden 3 boyutlu lityum anot mimarisine kadar çeşitli stratejileri araştırdılar. Her durumda, bir sorunun çözümü yerini bir başkasına bırakmıştır. Ancak lityum metal tozu (LMP) kompozit elektrotlara dayanan yeni bir yaklaşım öne çıkmayı vaat ediyor. LMP'nin çekiciliği, daha geniş ve daha ince elektrotlara izin veren, daha yüksek yüzey alanı ve kalınlık ayarlama kolaylığı sağlayan küresel şeklinde yatmaktadır. Ancak LMP kullanımıyla ilgili sorunlar, örneğin düzensiz yüzeylerinin doğasından kaynaklanan morfolojik başarısızlıklar gibi hala mevcuttur.
Şimdi, yayınlanan yeni bir çalışmada Gelişmiş Enerji MalzemeleriDr. Lee, Kore'den araştırmacılarla birlikte, LiNO3'ü elektrot üretim süreci sırasında LMP'nin kendisine önceden yerleştirdikleri ve ~150 mm genişliğinde ve 20 mikron kalınlığında elektrotlar üretmelerine olanak tanıyan yeni bir yaklaşım benimsedi. % 96'lık bir coulomb verimliliği gösterdi.
LiNO3'ün LMP'ye eklenmesi iki şeyi başardı: LMP yüzeyinde tekdüze N açısından zengin bir SEI oluşturdu ve LiNO olarak uzun süreli döngü boyunca sürdürülebilir stabilizasyona yol açtı.3 sürekli olarak elektrolite salındı. Aslında LiNO'lu LMB'ler3 önceden ekilmiş LMP (LN-LMP), 87 döngünün üzerinde %450 kapasite tutma oranıyla, LiNO'lu hücrelerden bile daha iyi performans göstererek olağanüstü bir döngü performansı sergiledi3-Elektrolitler eklendi.
Prof. Lee bu bulgulardan heyecan duyuyor ve bunların pratik sonuçlarından bahsediyor. "Li stabilize katkı maddelerinin LMP elektroduna önceden yerleştirilmesinin, yüksek özgül enerjiye ve uzun çevrim ömrüne sahip büyük ölçekli Li-metal, Li-S ve Li-air pillerin ticarileştirilmesine yönelik bir adım taşı olmasını bekliyoruz." diyor.
Pillere gelince, öyle görünüyor lityum yakın zamanda modası geçmeyecek.