Gelecekte, dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları gibi taşınabilir elektronik cihazlar, şarj edilebilir katı hal lityum piller adı verilen yeni teknoloji sayesinde tek bir şarjla günlerce çalışabilecek. Bu piller, günümüzde tüketici cihazlarında kullanılan yanıcı lityum-iyon pillerin yerine çok daha yüksek enerji yoğunluğuyla daha güvenli bir alternatiftir, ancak çevre için zararlıdırlar.
Mevcut geri dönüşüm teknolojileri kullanılarak katotlardan geri kazanılabilen metaller yalnızca çok küçük miktarlarda bulunanlardır; geri kalanı boşa gider.
Bu sorun Penn State’ten bir grup araştırmacı tarafından çözülmüş olabilir. Penn State Mühendislik Fakültesi’nde kimya mühendisliği profesörü ve eşitlik ve katılımdan sorumlu geçici dekan yardımcısı olan Enrique Gomez’in rehberliğinde grup, tüm parçalarını kolayca geri dönüştürülebilir hale getirmek için bu katı hal lityum pillerin mimarisini yeniden düşündü. Sonuçlar ACS Energy Letters dergisinde yayımlandı.
Gomez’e göre, yeniden şarj edilebilir pillere olan ihtiyacın artması nedeniyle bu teknolojinin nihai ölümünü göz önünde bulundurmamız gerekiyor. Çalışmamızın, bazı temel tasarım bileşenlerini kullanarak katı hal pillerinin geri dönüşüm potansiyeline dikkat çekmesini umuyoruz.
Birincil batarya bileşenlerinin çoğu, araştırmacıların da belirttiği gibi, geri dönüşüm sırasında birleşerek “kara kütle” oluşturmaları nedeniyle geleneksel olarak atılmaktadır. Bataryaları oluşturmak için gerekli mineraller bu kara kütlede bol miktarda bulunuyor, ancak bunları çıkarmak hala zor. Katı hal pillerinde katı elektrolitlerin kullanılması bu sorunu daha da kötüleştiriyor çünkü bunlar kara kütleye karışıyor.
Araştırmacılar, madeni para hücreli pillerde elektrot ve elektrolit ara yüzeylerine iki kat polimer yerleştirerek geri dönüşüm sürecini başlattılar. Böylece bu bileşenleri diğer metal bileşenlerden ayırmak daha kolay hale geldi.
Kimya mühendisliği doktora öğrencisi ve dergi makalesinin ilk yazarı olan Yi-Chen Lan, “Geri dönüşüm sırasında polimer tabakasını çözerek elektrodu elektrolitten kolayca ayırabileceğinizi öne sürdük” dedi. Bu bileşenleri geri dönüştürmek zordur çünkü polimer katman onları ayırmasaydı elektrotlar ve elektrolit birleşecekti.
Bileşenler çıkarıldıktan sonra araştırmacılar, geri kazanılan metalleri ve elektrotları kullanarak bir kompozit oluşturmak için toz halindeki malzemelerin çözücüler yardımıyla düşük sıcaklıklarda yoğun şekillere preslenmesini içeren bir teknik olan soğuk sinterleme kullandılar.
2016 yılında, ünlü bir malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü ve Penn State Malzeme Araştırma Enstitüsü müdürü olan Clive Randall başkanlığındaki bir grup araştırmacı soğuk sinterlemeyi yarattı. Soğuk sinterleme, Gomez ve meslektaşları tarafından katı hal elektrolitlerini geri dönüştürmek için kullanıldı.
Makalenin ortak yazarı ve kimya mühendisliği doktora öğrencisi Po-Hao Lai, araştırmacıların geri kazanılmış elektrotları geri kazanılmış kompozit katı elektrolit tozlarıyla birleştirmek için soğuk sinterleme kullandıktan sonra “polimer katmanları eklenmiş pili yeniden yapılandırdıklarını” açıkladı. Bu sayede, amacına hizmet ettikten sonra geri dönüştürülebilecek olan bataryanın tamamını geri dönüştürebiliriz.
Yeniden inşa edilen bataryanın test edildikten sonra ilk deşarj kapasitesinin %92,5 ila %93,8’ine ulaştığını keşfettiler.
Lan’a göre, ticarileştirilmeleri henüz ilk aşamalarında olsa da, çalışmalarımız geri dönüştürülebilir tamamen katı hal lityum pil versiyonlarının geliştirilmesi için değerli bilgiler ve fikirler veriyor. Henüz bu noktaya gelmemiş olsak da nihai hedefimiz, tamamen katı hal teknolojisinin benimsenmesi arttıkça bu yeniliği dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları gibi elektronik ürünlerde kullanılabilecek daha büyük pillerde kullanmaktır.
Kaynak: https://techxplore.com
