Sodyum İyon Pillerdeki Yeni Buluşlar Onları Yenilenebilir Enerji’de Ön Plana Çıkarabilir. Lityum iyon pil elektronikler için standart güç kaynağıdır. Ancak lityum ne ucuz ne de bol miktarda bulunur, bu da Li-ion pilleri rüzgar ve güneş enerjisini büyük ölçekte depolamak gibi daha büyük uygulamalar için uygunsuz hale getirir.
Sodyum iyon piller, bu tür depolama için düşük maliyetli bir araçtır ancak, düşük enerji yoğunluğu, kısa pil ömrü ve güvenlik kaygılarından etkilenmektedirler. Bu konunun üstesinden gelmeye yönelik önemli bir adımda, bilim adamları iyi bir verimlilik ve çevrim ömrüne sahip, şarj edilebilir bir katı hal sodyum pil üretmiş ve tehlikeli olan aşırı ısınma sorununu önlemiştir (ACS Cent. Sci 2017, DOI: 10.1021 / acscentsci6b00321).
Na-ion piller, lityum pillerine benzer şekilde çalışırlar. Şarj işlemi sırasında, metal iyonları katottan, tipik olarak sodyum ihtiva eden bir bileşikten, elektrolit yoluyla çözülmüş sodyum tuzları olan bir organik solvent vasıtasıyla anoda, tipik olarak karbona akar. Akış deşarj sırasında ters döner.
Austin Üniversitesi’nden Li-ion pil öncüsü John B. Goodenough, karbon yerine bir metal anot ve katı bir elektrolit içeren sodyum pilleri araştırıyor. Sodyum metal anotlar, karbon atomlarının dört katı kadar şarj edebilirler, bu, pilin daha fazla enerji tutabileceği ve serbest bırakabileceği anlamına gelir. Katı elektrolitler, bu arada, uçucu, yanıcı çözücülerden gelen patlama riskini önler ve yüksek sıcaklıklarda pilleri daha güvenli hale getirir.
Goodenough, Yuyao Li ve meslektaşları, anot olarak ince bir sodyum folyosu parçası ve katot olarak sodyum titanat fosfat ile kaplanmış bir alüminyum folyodan oluşan bir test pili hazırladılar.
Seramik Na3Zr2 (PO4) (SiO4) 2 nanotabakalarını katı elektrolit olarak birleştirerek bir pelet hazırladılar. Bu seramik, yüksek sodyum iyonu iletkenliğine sahiptir. Ancak araştırmacılar daha önce pillerde kullandıklarında, minik dendritler sodyum anottan büyüdü ve katoda ulaşmak için elektrolitin içine girerek pilin aşırı ısınmasına neden olan bir elektrik kısa devresine neden oldu.
Goodend’in laboratuvarında kıdemli araştırmacı olarak projeye öncülük eden Weidong Zhou, anot ve elektrolit arasındaki arayüz boyunca düzensiz iyon akışı nedeniyle dendritlerin oluştuğunu açıklıyor. Düzensiz akış, nanometre ölçeğinde katı sodyum anot ve katı elektrolit arasında sıkı temasın olması nedeniyle oluşur.
Ekip, elektrolit ile elektrotlar arasındaki teması iyileştirerek istenmeyen dendritleri bastırmak için iki basit çözüm oluşturdu. Bir tanesi, seramik elektrolit tanesini iki ince poli (etilen glikol) metil eter akrilat katmanları arasına sıkıştıracaktı. Alternatif diğer yaklaşım, sodyum metali pelet üzerine 380 ° C’de yarım saat boyunca eritmekti. Erimiş sodyum katı anot ve seramik pelet arasındaki teması arttırır.
Hücreler düzgün bir şekilde çalışarak 110 mAh / g kapasite gösterdi ve bu kapasitenin % 99’unu 70’den fazla şarj-boşaltma döngüsü için koruduğu ortaya çıktı. Bu, şimdiye kadar yapılmış diğer katı sodyum pillerden daha kullanışlıdır, ancak cihaz hala pratik olmaktan uzaktır.
Büyük diğer bir sorun, 100 Wh / kg-lityum pillerin düşük enerji yoğunluğunda 180 Wh / kg üzerinde enerji yoğunluğuna ve düşük çalışma voltajına sahip olmasıdır. Zhou, ekibin şimdi pillerin döngü ömrünü ve enerji yoğunluğunu geliştiren yüksek voltajlı bir polimer elektrolit geliştirmeye çalıştığını söylüyor.
Waterloo Üniversitesi’nden kimya profesörü Linda F. Nazar, çalışmanın katı halde Na-ion pillerde önemli bir gelişme olduğunu söylüyor. Sodyum, lityuma göre dendrit büyümeye daha yatkındır ve yeni deney hücresi sorunu çözmeye yönelik büyük bir adım atmaktadır. “Bu yaklaşımın dendrit oluşumunun daha da arttığı yüksek akımlarda başarılı olmasını umuyorum” diyor.
Kaynak : ACS
