EV’ler, “Oksijen Koruyuculu” Yeni Jel Sayesinde 2,8 Kat Daha Fazla Menzil ve 3 Kat Daha Uzun Batarya Ömrü Elde Edebilir

Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (UNIST) araştırmacılar, elektrikli araç (EV) bataryalarının menzilini 2,8 kat, ömrünü ise 3 kata kadar artırabilecek yeni bir jel elektrolit geliştirdi. Gelişmenin aynı zamanda EV bataryalarının güvenliği ve dayanıklılığı üzerinde de çarpıcı etkiler sağlayabileceği belirtiliyor.

Günümüzde daha uzun menzile ulaşmak amacıyla EV üreticileri, lityum-iyon bataryaları ~4,4 V’un üzerine çıkan voltajlara zorlamaya başladı. Teorik olarak daha yüksek voltaj, daha fazla enerji depolama anlamına geliyor fakat söz konusu stratejinin önemli bir teknik sorunu var: yüksek voltaj altında nikel açısından zengin katotlar kararsız hale geliyor. Bu durumda, katot yüzeyinden oksijen salımı başlıyor ve bu oksijen, reaktif oksijen türlerine (ROS) dönüşüyor. Bunlar arasında tekil oksijen (¹O₂) gibi oldukça reaktif moleküller yer alıyor.

ROS’lar, elektroliti parçalarken aynı zamanda katot yapısını da tahrip ediyor, nikelin çözünmesine neden oluyor ve gaz oluşumuna yol açıyor. Gaz birikimi ise bataryanın şişmesine, yapısal sorunlara ve batarya arızasına neden olabiliyor. Ayrıca ROS, batarya ömrünü ciddi biçimde kısaltıyor. Araştırmacılar, süreci “batarya pasının hızlandırılmış hali” olarak tanımlıyor.

UNIST ekibi, bahsi geçen sorunu çözmek üzere anthracene ve nitril içeren polimer zincirlerine dayalı jel benzeri yeni bir elektrolit geliştirdi.

Jel Elektrolit, EV Bataryalarında Devrim Yaratabilir

An-PVA-CN adını taşıyan jel polimer elektrolit (GPE), oksijen kaynaklı sorunları zarar oluştuktan sonra değil, kaynakta önleyerek devrim niteliğinde bir yaklaşım sunuyor. Peki bu sistem nasıl çalışıyor?

Jelin temel bileşeni olan anthracene, oksijen için bir tür “koruma görevlisi” gibi davranıyor ve iki yönlü savunma sağlıyor:

1. Yüzey oksijenine bağlanarak onun ROS’a dönüşmesini engelliyor.
   
   
2. Halihazırda oluşmuş ROS moleküllerini temizleyerek etkisiz hale getiriyor.
   
   

Böylelikle elektrolitin yapısı korunuyor, yüksek voltaj koşullarında bile zararlı tepkimeler başlamadan engellenmiş oluyor. Ayrıca, yüksek nikel içerikli katotların yapısal bütünlüğü de gözetiliyor. Jel içinde yer alan nitril grupları, nikel atomlarına bağlanarak çözünmeyi ve deformasyonu önlüyor.

UNIST ekibi, bu mekanizmalar sayesinde batarya ömrünün neredeyse 3 kata kadar uzatılabildiğini ifade ediyor. Ayrıca, yüksek voltajlı döngülerde bile katot yüzeyinde çatlama, yapısal bozulma ve kapasite kaybı belirgin şekilde azalıyor.

Geleneksel Bataryalara Göre Çok Sayıda İyileştirme Sunuyor

Laboratuvar testlerinde An-PVA-CN elektrolitin, 4,55 V’ta 500 döngü sonunda %81 kapasiteyi koruduğu görüldü. Bu, yüksek voltajlı bataryalar için oldukça iddialı bir performans. Ayrıca gaz oluşumu da dramatik şekilde azaldı: Jel kullanılan sistemlerde yalnızca ~13 µm şişme gözlenirken, geleneksel elektrolitli bataryalarda bu değer ~85 µm seviyesinde oldu.

Bu, gaz üretiminde 6 kata varan bir azalma anlamına geliyor. Sonuçlar, elektrolit tasarımı yoluyla oksijen kimyasının kontrol altına alınabileceğini ve böylece daha yüksek voltajlarda çalışabilen, daha güvenli ve uzun ömürlü batarya paketlerinin üretilebileceğini ortaya koyuyor.

Yeni elektrolitin potansiyeli sadece EV’lerle sınırlı değil. Araştırma, hafif yapısı sayesinde havacılık sektöründeki batarya sistemleri ve büyük ölçekli enerji depolama çözümleri için de ciddi bir avantaj sağlayabileceğini gösteriyor. Jel yapısı sayesinde sistemler hem daha hafif, hem de daha uzun süre dayanıklı hale getirilebiliyor.

Çalışmanın baş araştırmacısı Profesör Hyun-Kon Song, geliştirdikleri teknoloji hakkında şu açıklamayı yaptı:

“Bu çalışma, yüksek voltajlı bataryalardaki oksijen reaksiyonlarının elektrolit tasarım aşamasında kontrol edilebileceğini gösteriyor. Bu ilke, havacılık uygulamaları için hafif lityum iyon bataryaların ve büyük ölçekli enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesine uygulanabilir.”

Araştırma, Advanced Energy Materials dergisinde yayımlandı.

‍

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/ev-could-get-more-range-3x-battery-life