Nano ölçekli içi boş yapıların kendiliğinden oluşumu, pil depolamasını artırabilir
Nanometre ölçeğindeki antimon kristallerinin beklenmedik bir özelliği — kendiliğinden içi boş yapıların oluşması — yeni nesil lityum iyon pillere, pil ömrünü kısaltmadan daha yüksek enerji yoğunluğu vermeye yardımcı olabilir. Tersinir içi boş yapılar, lityum iyon pillerin daha fazla enerji tutmasına ve şarjlar arasında daha fazla güç sağlamasına izin verebilir.
Alaşım pil anotlarının içine ve dışına lityum iyonlarının akışı, geleneksel malzemeler kullanılarak pillerin ne kadar enerji tutabileceği konusunda uzun süredir sınırlayıcı bir faktör olmuştur. Çok fazla iyon akışı, anot malzemelerinin şarj-deşarj döngüleri sırasında şişmesine ve ardından büzülmesine neden olarak pil ömrünü kısaltan mekanik bozulmaya neden olur. Bu sorunu ele almak için, araştırmacılar daha önce iyon akışının neden olduğu hacim değişikliğini barındıran içi boş “yumurta sarısı” nanopartiküller geliştirdiler, ancak bunları imal etmek karmaşık ve maliyetliydi.
Şimdi, bir Ulusal Bilim Vakfıliderliğindeki finanse edilen ekip Gürcistan Tech Araştırmacılar, insan saçı genişliğinden bin kat daha küçük parçacıkların, şarj-deşarj döngüsü sırasında boyut değiştirmeden kendiliğinden içi boş yapılar oluşturduğunu ve anotlara zarar vermeden daha fazla iyon akışına izin verdiğini keşfettiler. Çalışma dergide yayınlandı Doğa Nanoteknolojisi.
Araştırmacılar, pil reaksiyonlarını nano ölçekte meydana gelirken doğrudan görselleştirmelerini sağlayan yüksek çözünürlüklü bir elektron mikroskobu kullanarak keşiflerini gerçekleştirdiler.
ETH Zürich ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndan araştırmacıları içeren ekip, lityumun pilden çıkarılması sırasında nanopartiküllerin neden kendiliğinden – büzülmek yerine – kendiliğinden boşaldığını anlamak için teorik bir çerçeve oluşturmak için modelleme kullandı.
İlgili malzemeler üzerinde daha önceki çalışmalar, içi boş yapılar oluşturmak yerine genişleyen ve küçülen daha büyük parçacıklar üzerinde gerçekleştirilmişti.
NSF’nin Mühendislik Müdürlüğü’nde program direktörü olan Larry Goldberg, “Bunlar, güncel enstrümantasyon ve altyapı tesisleri tarafından sağlanan nano ölçekte önemli araştırma bulgularıdır” diyor.