Yeni geliştirilen alüminyum-kükürt batarya bir dakikada tam doluyor

Dünya her zamankinden daha büyük rüzgar ve güneş enerjisi sistemleri kurarken, güneş battığında veya rüzgar olmadığında güç sağlamak için ekonomik, büyük ölçekli akülere olan ihtiyaç hızla artıyor. Günümüzün lityum iyon pilleri, bu tür uygulamaların çoğu için hala çok pahalıdır. Şimdi, bir grup bilim adamı bu boşluğu doldurmaya yardımcı olabilecek, doğada bol bulunan ve ucuz malzemelerden yapılmış yeni bir tür batarya geliştirdiler.

İki elektrot malzemesi olarak alüminyum ve kükürt kullanan, aralarında erimiş tuz elektroliti bulunan yeni pil mimarisi detaylandıran makale, baş yazarı MIT Profesörü Donald Sadoway ve 15 diğer yazar tarafından Nature dergisinde yayınlandı.

Sadoway çalışması için “Küçük ölçekli sabit depolama ve nihayetinde otomotiv kullanımları için lityum iyon pillerden daha iyi, çok daha iyi bir şey icat etmek istedim” dedi.

Pahalı olmalarına ek olarak, lityum iyon piller yanıcı bir elektrolit içeriyor. Her an alev almaları tehlikesi nedeniyle nakliyesi de oldukça zor. Sadoway ve ekibi bu sorundan yola çıkarak periyodik tabloyu incelemeye başladı ve lityumun yerini alabilecek ucuz, Dünya'da bol metaller aramaya başladı. Sadoway'e göre ticari olarak baskın metal olan demir, verimli bir pil için doğru elektrokimyasal özelliklere sahip değildi. Ekip daha sonra Dünya'daki en bol metallerden alüminyumu proje için en uygun metal olarak seçti.

Ardından, diğer elektrot olarak şarj ve deşarj sırasında iyonları ileri geri taşımak için metal olmayan madde olarak kükürt seçildi. Sadoway, bunun nedenini arabalarda ve diğer lityum iyon pil uygulamalarında tehlikeli yangınlara yol açan “uçucu, yanıcı organik sıvıları kullanmayacağız” şeklinde açıkladı. Yalıtım için ise tuz kullanıldı. 

BATARYA MALZEMELERİ HERHANGİ BİR MARKETTEN TEDARİK EDİLEBİLİYOR

Ekibin elde ettikleri üç malzeme ucuz ve kolayca bulunabiliyor: süpermarketteki folyodan hiçbir farkı olmayan alüminyum; genellikle petrol rafinasyonu gibi işlemlerden kaynaklanan atık bir ürün olan kükürt; ve yaygın olarak bulunan tuzlar. Sadoway, malzemelerle ilgili "Malzemeler ucuz ve bu şey güvenli ve yanamaz" dedi.

BİR DAKİKADA ŞARJ OLABİLİYOR

Yeni batarya olağanüstü yüksek şarj oranlarına rağmen yüzlerce döngüye dayanabiliyor. Şarj süresi çalışma sıcaklığına göre değişiklik gösterebiliyor. 25 derece çalışma sıcaklığında şarj süresi 110 dereceye göre 25 kat daha hızlı.

Şaşırtıcı bir şekilde, ekibin düşük erime noktası nedeniyle elektrolit olarak seçtiği erimiş tuzun tesadüfi bir avantaja sahip olduğu ortaya çıktı. Pil güvenilirliğindeki en büyük sorunlardan biri, bir elektrotta biriken ve sonunda diğer elektrotla temas etmek için genişleyen, kısa devreye neden olan ve verimliliği engelleyen dar metal sivri uçlar olan dendritlerin oluşumudur. Ancak bu özel tuz, benzer arızalara neden olmuyor.

Sadoway, seçtikleri kloro-alüminat tuz ile ilgili "Esas olarak bu kaçak dendritleri emekliye ayırdı ve aynı zamanda çok hızlı şarja izin verdi. Çok yüksek şarj hızlarında deneyler yaptık, bir dakikadan daha kısa sürede şarj ettik ve dendrit kısa devre nedeniyle hiçbir zaman hücre kaybetmedik" dedi.

YENİ HEDEF BATARYANIN OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE KULLANILMASI

Sadoway, elektrikli arabalarla ilgili "Bugün benzin pompalarında olduğu gibi, elektrikli araçlar yollarda birkaç arabanın aynı anda şarj etmek istediği kadar yaygınlaştığında, bunu pillerle yapmaya çalışırsanız ve hızlı şarj istiyorsanız, amperler kadar yüksek ki tesisi besleyen hatta o miktarda amper yok” diyerek gücü depolamak ve daha sonra gerektiğinde hızla serbest bırakmak için bunun gibi bir pil sistemine sahip olmanın gerektiğini belirtti. Ayrıca yeni batarya şarj istasyonları için yeni güç hatlarının kurulması ihtiyacını da ortadan kaldırabilir. Ekip şimdi bataryayı otomotiv sektöründe kullanabilecek şekilde geliştirmeye çalışıyor.

BATARYA KÖTÜ KOKU YAYABİLİYOR

Kükürt bazlı bir pil, bazı kükürt formlarıyla bağlantılı kötü kokular üretme riskini taşıyor. Sadoway, çürük yumurta kokusu gibi bir kokunun oluşmasını "Şans değil" diyerek açıkladı ancak altını çizerek "Batarya mühürlü, açık bir kap değil. Bu yüzden bu konuda endişelenmezdim” dedi.