Nankai University ve Shanghai Institute of Space Power Sources liderliğindeki araştırma ekibi, aşırı düşük sıcaklıklarda çalışabilen yeni nesil lityum-metal pil teknolojisi geliştirdi. Çalışmaya göre, geliştirilen hidroflorokarbon (HFC) elektrolit sayesinde piller -70°C’ye kadar çalışabiliyor ve 700 Wh/kg’ın üzerinde enerji yoğunluğuna ulaşabiliyor. Araştırma Nature dergisinde yayımlandı.
Çalışma, Nankai Üniversitesi’nden Jun Chen ve Qing Zhao ile Çin Havacılık ve Uzay Bilimi ve Teknolojisi Şirketi’ne bağlı araştırmacı Yong Li liderliğinde gerçekleştirildi. Makalenin ilk yazarı ise doktora öğrencisi Lanqing Wu oldu.
Elektrolit kimyasında kritik değişim
Araştırmanın temel yeniliği elektrolit kimyasında yapılan değişiklikte yatıyor. Geleneksel karbonat bazlı lityum pil elektrolitleri yerine, monoflorlu alkan çözücülerine dayalı flor koordinasyonlu yeni bir sistem tasarlandı. Ekip, çekirdek çözücü olarak 1,3-difluoropropan (DFP) kullanarak yüksek konsantrasyonda lityum tuzu çözünmesini başardı.
Bu yaklaşım, florlu hidrokarbonların yüksek konsantrasyonda lityum tuzlarını çözemeyeceği yönündeki uzun süredir kabul gören varsayımı da sorguluyor.
700 Wh/kg enerji yoğunluğu
Araştırmada elde edilen teknik veriler dikkat çekici:
-
707 Wh/kg tepe enerji yoğunluğu
-
-50°C’de yaklaşık 400 Wh/kg performans
-
-70°C’de çalışma kabiliyeti
-
4.9 V üzeri oksidasyon kararlılığı
-
0.95 cP düşük viskozite
-
-70°C’de 0.29 mS/cm iyonik iletkenlik
Bu değerler, günümüzde ticari lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunun iki katından fazlasına işaret ediyor.
Soğuk ortamlar için kritik avantaj
Araştırmacılar, yeni elektrolitin lityum-flor koordinasyonunu zayıflatarak çözünme bariyerlerini düşürdüğünü ve düşük sıcaklıklarda daha hızlı şarj transferi sağladığını belirtiyor. Bu sayede hem enerji yoğunluğu hem de düşük sıcaklık performansı aynı anda iyileştirilebiliyor.
Çalışmada ayrıca:
-
Oda sıcaklığında %99,7 Coulomb verimliliği
-
-70°C’de %98,0 verimlilik
değerlerine ulaşıldığı rapor edildi.
Yeni pil teknolojisinin özellikle uzay görevleri, kutup araştırmaları, yüksek irtifa dronları ve aşırı soğuk ortamlarda çalışan elektronik sistemler için önemli bir çözüm sunabileceği değerlendiriliyor.