Lityum-iyon pillerin hızlı şarj edilmesi durumunda şarjın üç dakikalık duraklatılması, pillerin yüksek şarj kapasitesini daha uzun süre korumasına yardımcı olabilir. Büyük Britanya ve ABD’den araştırmacıların “Nature Communications” dergisinde fiziksel süreçlere ilişkin ayrıntılı bir inceleme sonrasında rapor ettikleri şey budur. Ayrıca negatif elektrottaki grafit parçacıklarının boyutunun ve şeklinin, elektrotun üzerinde ve içinde metalik lityum birikmesini etkilediğini de keşfettiler.
Bir lityum iyon pili şarj ederken, negatif elektrotun grafit katmanları arasında lityum iyonları biriktirilir. Ancak elektrot üzerinde metalik lityum birikintileri de oluşabilir ve bu, pil ne kadar hızlı şarj edilirse o kadar sıklaşır. Sonuç olarak yük taşıyıcı olarak daha az lityum iyonu mevcuttur. Elektrotun gözenekliliği ve bununla birlikte gömme arayüzü azalır. Londra Queen Mary Üniversitesi’nden Xuekun Lu liderliğindeki grup, dendrit adı verilen dalların oluşabileceğini ve bu durumun dahili bir kısa devreye yol açabileceğini yazıyor. Bu nedenle, uzun pil ömrü sağlamak için bu tür birikintilerden kaçınılmalıdır.
Lu ve meslektaşları, özel bir mikroskopi ve bir bilgisayar modeli kullanarak elektrotta olup bitenlerin temeline indiler. Lu, üniversitesinden yaptığı açıklamada, “Çığır açan 3 boyutlu pil modelini kullanarak, lityum birikiminin ne zaman ve nerede başladığını ve ne kadar hızlı büyüdüğünü anlayabiliyoruz” dedi. Deneyleri, birikintilerin tamamen önlenemeyeceğini gösterdi. Ancak aynı zamanda, hızlı şarjın kısa bir süreliğine kesintiye uğraması durumunda birikintilerin büyük ölçüde yeniden çözüldüğünü de keşfettiler.
Duraklatma süresi elektrot kapasitesine bağlıdır
Araştırmacılar, santimetre kare başına iki miliamper saat kapasiteli ve yüzde 45 şarj seviyesinde 20 dakika şarj süresine sahip bir elektrot için üç dakika şarj molası verilmesi gerektiğini belirledi. Santimetre kare başına üç miliamper saat kapasiteli bir elektrot için en uygun duraklama süresi yüzde 45 şarjda (şarj süresi: bir saat), yüzde 30’da (şarj süresi: 30 dakika) veya yüzde 20’de (şarj süresi) olur. : 20 dakika).
Araştırma ekibi ayrıca metal birikintilerinin çoğunlukla daha küçük grafit parçacıklarında ve daha büyük parçacıkların köşelerinde ve kenarlarında oluştuğunu buldu. Bu nedenle araştırmacılar, lityum iyon pilin negatif elektrotundaki grafit parçacıklarının şeklini optimize etmenin önemli olduğunu düşünüyor.
Lu ve ekibi, araştırmalarını elektrikli araçların gelecekteki gelişimine önemli bir katkı olarak görüyor. “Lityum iyon otomotiv akülerinin hızlı şarj kapasitesi, menzili ve güvenliği, elektrikli araçların daha geniş çapta benimsenmesini etkileyen temel konulardır” diye yazıyorlar.
Haberler
Bir lityum iyon pili şarj ederken, negatif elektrotun grafit katmanları arasında lityum iyonları biriktirilir. Ancak elektrot üzerinde metalik lityum birikintileri de oluşabilir ve bu, pil ne kadar hızlı şarj edilirse o kadar sıklaşır. Sonuç olarak yük taşıyıcı olarak daha az lityum iyonu mevcuttur. Elektrotun gözenekliliği ve bununla birlikte gömme arayüzü azalır. Londra Queen Mary Üniversitesi’nden Xuekun Lu liderliğindeki grup, dendrit adı verilen dalların oluşabileceğini ve bu durumun dahili bir kısa devreye yol açabileceğini yazıyor. Bu nedenle, uzun pil ömrü sağlamak için bu tür birikintilerden kaçınılmalıdır.
Lu ve meslektaşları, özel bir mikroskopi ve bir bilgisayar modeli kullanarak elektrotta olup bitenlerin temeline indiler. Lu, üniversitesinden yaptığı açıklamada, “Çığır açan 3 boyutlu pil modelini kullanarak, lityum birikiminin ne zaman ve nerede başladığını ve ne kadar hızlı büyüdüğünü anlayabiliyoruz” dedi. Deneyleri, birikintilerin tamamen önlenemeyeceğini gösterdi. Ancak aynı zamanda, hızlı şarjın kısa bir süreliğine kesintiye uğraması durumunda birikintilerin büyük ölçüde yeniden çözüldüğünü de keşfettiler.
Duraklatma süresi elektrot kapasitesine bağlıdır
Araştırmacılar, santimetre kare başına iki miliamper saat kapasiteli ve yüzde 45 şarj seviyesinde 20 dakika şarj süresine sahip bir elektrot için üç dakika şarj molası verilmesi gerektiğini belirledi. Santimetre kare başına üç miliamper saat kapasiteli bir elektrot için en uygun duraklama süresi yüzde 45 şarjda (şarj süresi: bir saat), yüzde 30’da (şarj süresi: 30 dakika) veya yüzde 20’de (şarj süresi) olur. : 20 dakika).
Araştırma ekibi ayrıca metal birikintilerinin çoğunlukla daha küçük grafit parçacıklarında ve daha büyük parçacıkların köşelerinde ve kenarlarında oluştuğunu buldu. Bu nedenle araştırmacılar, lityum iyon pilin negatif elektrotundaki grafit parçacıklarının şeklini optimize etmenin önemli olduğunu düşünüyor.
Lu ve ekibi, araştırmalarını elektrikli araçların gelecekteki gelişimine önemli bir katkı olarak görüyor. “Lityum iyon otomotiv akülerinin hızlı şarj kapasitesi, menzili ve güvenliği, elektrikli araçların daha geniş çapta benimsenmesini etkileyen temel konulardır” diye yazıyorlar.
Haberler