Elektrokimyasal enerji depolama cihazlarının oluşturulması, malzeme bilimlerinin küresel ölçekte en çok araştırma yapılan alanlarından biridir. Çeşitli uygulamalar için yüksek performanslı pillere duyulan ihtiyaç hızla artmakta, bu da potansiyel şarj kapasiteleri ve oranlarına olan ilgiyi artırmaktadır. Malzeme kaynaklarının ömürleri, güvenliği ve erişilebilirliğinin yanı sıra karbon ayak izleri de giderek daha fazla dikkat çekiyor.
Bu gelişmeler ışığında, Giessen Justus Liebig Üniversitesi’nden kimyager Profesör Jürgen Janek ve Münster ve Münster Helmholtz Forschungszentrum Jülich Enstitüsü (Almanya) üniversitelerinden Profesör Wolfgang Zeier, son on yılda katı hal pilleri alanında kaydedilen gelişmeleri yakından inceledi.
Bu hedefe ulaşmak için araştırmacılar, katı hal bataryalarını rekabetçi hale getirmek için hala cevaplanması gereken zorlukları ve açık problemleri göz önünde bulundurarak teknolojinin bugünkü durumunu eleştirel bir şekilde incelediler. Nature Energy dergisinin en son sayısında, tekniğin bu eleştirel değerlendirmesini içeren bir inceleme makalesi yer alıyor.
Günümüzde sıvı, organik bir elektrolit kullanılarak işlevi yerine getirilen lityum-iyon pil, katı hal pili tarafından daha da geliştirilmiştir. Katı hal bataryalarında katı bir elektrolit kullanılmakta ve bu sayede daha iyi depolama kapasitesi, daha uzun kullanım ömrü ve daha fazla güvenlik sağlanmaktadır. Yaklaşık 10 yıl öncesinden bu yana, katı hal batarya geliştirme çalışmaları dünya çapında aktif olarak sürdürülmektedir.
Jürgen Janek gelişmelerin mevcut durumunu şu sözlerle özetliyor: “Günümüzde katı hal bataryası kavramının, başarısı henüz güvenle tahmin edilemeyen çeşitli modifikasyonlar içerdiği açıkça görülüyor.”
Uzmanlar, araştırma tesislerinde ve ticari işletmelerde yapılan kapsamlı çalışmalara rağmen, sıvı elektrolitli köklü lityum-iyon teknolojisi üzerinde henüz fark edilebilir bir ilerleme olmadığı sonucuna varmışlardır. Araştırmalarında bir dizi faktörü önemli zorluklar olarak tanımlıyorlar.
Batarya performansını ve güvenliğini arttırırken aynı zamanda mümkün olan en az miktarda lityum içeren katı elektrolitlerin yaratılması çok önemli bir ilerlemedir. Ayrıca, bataryanın daha hafif ve daha küçük olmasını sağlayan maksimum kapasiteli bir anot malzemesi gereklidir.
Genel olarak araştırmacılar, özellikle mümkün olduğunca çok sayıda akademik alan arasında ortaklıklar yoluyla, teori ve deneyi birleştiren malzeme araştırması için yeni yöntemlere ihtiyaç olduğunu iddia ediyor. Wolfgang Zeier olumlu bir bakış açısını benimsediklerini söylüyor. “Katı hal pillerinin ticari olarak uygulanabilir hale geleceğine şüphe yok. Sadece ne zaman ve ne ölçüde olacağı şüpheli.”
Katı hal pillerinin potansiyeli 2016 yılında, o sırada Giessen Üniversitesi’nde öğrenci olan Jürgen Janek ve Wolfgang Zeier tarafından da incelenmiştir. Bulguları Nature Energy dergisinde yayımlandı. O zamandan bu yana makale 2.000’in üzerinde atıf aldı ve bu çalışma alanını önemli ölçüde etkiledi.
İki yazar, aynı dergideki en son ve daha derinlemesine çalışmalarında bulgularını revize ettiler. Birçok temel soru 2016’daki ilk analizde cevapsız ve büyük ölçüde çözümsüz kalmıştı, ancak bu kez, bir yandan teknolojinin uygulanmasının bir sonucu olarak, diğer yandan da maddi kaynaklar ve maliyetlerle ilgili önemli sorularla ilgili olarak devreye giren ek faktörler var.
Kaynak: techxplore
