Yeni katı hal pil: daha hızlı şarj!
Kılavuz
Son zamanlarda, Alman Jülich Araştırma Merkezi'ndeki bilim adamları, bir saatten daha kısa sürede yeniden tam olarak şarj edilebilen yeni bir katı hal pil türü tasarladılar.
arka fon
Lityum iyon piller, akıllı telefonlar, akıllı saatler, tablet bilgisayarlar, elektrikli bisikletler ve elektrikli arabalar gibi çeşitli akıllı donanım ve mobil elektronik ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, lityum iyon piller genellikle yanıcı sıvı elektrolitler kullanır. Yüksek sıcaklık koşullarında, bu elektrolitler yanmaya ve hatta patlamaya neden olarak güvenlik riskleri oluşturabilir.
Bir netizen tarafından şarj edilirken patlayan bir Samsung notu 7 resmi (İnternetten bir resim)
Lityum iyon pillerin güvenlik tehlikelerini çözmek için lityum iyon pillerin tasarımını iyileştirmenin yanı sıra (koruma devreleri eklemek gibi) alternatifler bulmak da bilim insanlarının üzerinde çalıştığı bir yöntemdir. Katı hal bataryası, geleneksel lityum bataryaya aday bir alternatif haline gelmiştir.Tüm elektrotları ve elektrolitleri katı malzemelerden yapılmıştır ve çok yüksek sıcaklıklara ısıtılsa bile alev almaz.
(Fotoğraf kredisi: ETH Zurich / Fabio Bergamin)
Bununla birlikte, geleneksel lityum iyon piller, genellikle elektrotlarla çok iyi temas eden sıvı elektrolitler kullanır. Elektrotlar, pürüzlü yüzeyleri sayesinde sıvıyı bir sünger gibi emerek daha geniş bir temas alanı oluşturur. Bununla birlikte, iki katı prensipte boşluklar olmadan birleştirilemez. Elektrot ve elektrolit arasındaki temas direnci buna göre artacaktır. Bu nedenle katı hal pillerin geliştirilmesinde düşük akım en büyük engellerden biri olarak kabul edilir. Bu nedenle, tam olarak şarj olması genellikle 10 ila 12 saat süren katı hal bir pilin şarj edilmesi nispeten uzun sürer.
Yenilikçilik
Alman Jülich Araştırma Merkezi Enerji ve İklim Araştırmaları Enstitüsü (IEK-9) araştırma ekibinin başkanı Dr. Hermann Tempel şu açıklamayı yaptı: "Şimdiye kadar açıklanan tasarım konsepti sayesinde, dahili katı hal arayüzü nedeniyle, şarj ve deşarj akımı yalnızca çok küçük olabilir. Malzemelerin faydalı bir kombinasyonuna dayanan tasarım felsefemiz burada devreye giriyor. "
Son zamanlarda, Alman Jülich Araştırma Merkezi'ndeki bilim adamları, bir saatten daha kısa sürede yeniden tam olarak şarj edilebilen yeni bir katı hal pil türü tasarladılar.
(Fotoğraf kredisi: Forschungszentrum Jülich / Regine Panknin)
teknoloji
Hermann Tempel, "Mümkün olan maksimum akımın katmanın sınırından geçmesine izin vermek için, tüm bileşenleri yapmak için çok benzer malzemeler kullanıyoruz. Anot, katot ve elektrolitin tümü farklı fosforik asit bileşiklerinden yapılmıştır ve şarj oranını 3C'den daha yüksek hale getirir ( Kütle özgül kapasite 50 mAh / g'dir). Bu, literatürde bulunan diğer şarj hızı değerlerinden 10 kat daha yüksektir. "
Katı elektrolit, stabil bir taşıyıcı malzeme olarak kullanılır ve fosfat elektrot, elektrolitin her iki tarafına da bir serigrafi baskı işlemiyle uygulanır. Bu çalışmada kullanılan malzemeler makul fiyatlıdır ve işlenmesi nispeten kolaydır. Geleneksel lityum iyon pillerin aksine, yeni katı hal piller neredeyse hiç toksik veya zararlı madde içermez.
(Fotoğraf kredisi: Forschungszentrum Jülich / Regine Panknin)
Yu, bu pili geliştirip test etti ve araştırması, Çin Burs Konseyi'nin Almanya'daki Juelich Araştırma Merkezi Enerji ve İklim Araştırma Enstitüsü'ndeki finansman projesinin bir parçası oldu. Yu şunları söyledi: "İlk testte, bu yeni tip pil 500 şarj ve deşarj döngüsünden sonra hala çok kararlı ve orijinal kapasitenin% 84'ünü koruyor. İyileştirme için hala yer var. Teoride, kapasite kaybı bundan daha düşük olmalıdır. % 1. "
Enstitü müdürü Profesör Ruediger-A. Eichel de bu yeni pil tasarımının avantajlarından emin. Eichel, "Enerji yoğunluğu halihazırda çok yüksek, bugünün lityum iyon pillerinden biraz daha düşük olmasına rağmen yaklaşık 120 mAh / g."
değer
Alman Helmholtz Ulusal Araştırma Merkezi Federasyonu'nun "pil depolama" konulu sözcüsü Eichel, elektron hareketliliğinin geliştirilmesine ek olarak, gelecekte katı hal pillerinin başka alanlarda da kullanılacağına inanıyor.
(Fotoğraf kredisi: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau)
Şu anda geliştirilmekte olan katı hal piller, ilk olarak yeni nesil elektrikli araçların enerji depolaması için kullanılacak. Ancak katı hal pillerin, tıbbi teknoloji veya akıllı ev gibi uzun ömür ve güvenli çalışma gerektiren diğer uygulamalarda da popüler olacağına inanıyoruz. Entegre bileşenler. "
Anahtar kelime
Piller, katı hal piller, enerji depolama
Referans
[1] battery.html
2 Shicheng Yu, Andreas Mertens, Hermann Tempel, Roland Schierholz, Hans Kungl ve Rüdiger-A. Eichel. Geliştirilmiş Arayüz Uyumluluğuna Sahip Monolitik Tam Fosfat Katı Hal Lityum İyon Pil. ACS Appl. Mater. Interfaces (12 Haziran 2018'de çevrimiçi yayınlandı), DOI: 10.1021 / acsami.8b05902
