Pil Testi: 1.300 saatlik istikrarlı performansa ulaşıldı

Japon araştırmacılar onlarca yıllık bir sorunu çözüyor ve bataryanın en büyük düşmanını en güçlü müttefikine dönüştürüyor.

Pil üreten herkes sorunu biliyor: anot ile elektrolit arasındaki arayüzde kimsenin istemediği kimyasal reaksiyonlar meydana geliyor. Enerji tüketiyorlar, kullanım ömrünü kısaltıyorlar ve katı hal magnezyum pillerin henüz laboratuvar aşamasının ötesine geçememesinin ana nedenlerinden biri olarak kabul ediliyorlar.

Sendai'deki Tohoku Üniversitesi'nden bir ekip şimdi bu dezavantajı tersine çeviriyor ve yıkıcı faktörü istikrar garantisine dönüştürüyor.

Gibi İlginç mühendislik Bildirildiğine göre araştırmacılar, testlerde 1.300 saatten fazla stabil çalışan magnezyum-kalay (Mg₂Sn) alaşımından yapılmış bir anot geliştirdiler. Çalışma şu tarihte yayınlandı: ACS Enerji Mektupları.

Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırmaları Enstitüsü'nde (WPI-AIMR) fahri profesör olan Hao Li liderliğindeki araştırmacılar farklı bir yol seçti. Li, “Uzun bir süre boyunca arayüzey reaksiyonları kaçınılması gereken bir şey olarak görüldü” diye açıkladı.

“Ancak sonuçlarımız, bu reaksiyonların bastırılmak yerine dikkatlice kontrol edilmesi durumunda katı hal magnezyum pillerin çok daha etkili çalışmasına yardımcı olabileceğini gösteriyor.”

Mg₂Sn bir algoritma kullanılarak reaksiyon tamponu olarak bulundu

Sistemin özelliği, magnezyum matrisinde ikincil faz olarak dağıtılan, özel olarak uyarlanmış Mg₂Sn bileşiğinde yatmaktadır.

En uygun malzemeyi bulmak için ekip, 2.227 ikili magnezyum fazını seçmek için yüksek verimli taramayı kullandı ve 596 termodinamik olarak kararlı adayı değerlendirdi.

Mg₂Sn, -0,55 J/m²'lik özellikle düşük bir arayüz oluşturma enerjisi ile karakterize edilmiştir; bu, kullanılan MBN katı elektrolite güçlü ancak kontrol edilebilir bir bağlanma anlamına gelir.

Mg₂Sn'nin yüzeyinde kalın, bloke edici bir pasif tabaka yerine ince bir iyon ileten reaksiyon bölgesi oluşur. Dağıtılmış Mg₂Sn alanları, magnezyum iyonları için ek taşıma yolları oluşturur ve şarj sırasında daha düzgün metal birikimi sağlar.

Sonuç: tüm test süresi boyunca stabil aşırı potansiyeller, ilerleyen polarizasyon yok ve anotta gözle görülür mekanik bozulma yok.

Potansiyel ve açık sorularla temel araştırma

Ancak magnezyum bataryalı bir elektrikli araba tasarlamadan önce dikkate alınması gereken bazı kısıtlamalar var. Testler, yaklaşık 0,1 mA/cm² orta akım yoğunluğuyla standart laboratuvar düğme hücre formatlarında yarı hücre ölçümleri olarak gerçekleştirildi.

Tam bir hücrenin enerji yoğunluğu, Coulomb verimliliği veya sıcaklık penceresi hakkında hiçbir bilgi yoktur; çalışma, hücrenin tamamıyla değil, özellikle anotun kimyasıyla ilgilidir.

Yeterli magnezyum hareketliliğine sahip yüksek enerjili katotlar da çözülmemiş bir sorun olmaya devam ediyor.

Yazarlar ayrıca tasarım ilkelerinin şu ana kadar yalnızca belirli MBN elektroliti için doğrulandığını açıkça belirtiyorlar. Çalışma, alaşım üretiminin endüstriyel ölçeklenebilirliği ve 1.300 saatin üzerindeki uzun vadeli stabilite hakkında kasıtlı olarak cevapsız sorular bırakıyor.

Ancak yaklaşım dikkat çekicidir: Magnezyum, yer kabuğunda en yaygın bulunan elementlerden biridir ve deniz suyunda bol miktarda bulunur. AB'nin stratejik açıdan kritik hammaddeler olarak sınıflandırdığı lityum ve kobaltın aksine, Mg pillerin malzeme tabanı önemli ölçüde daha geniş olacaktır.

Tohoku araştırmacılarının bu kimyadaki en inatçı arayüz problemini verimli bir şekilde kullanmanın bir yolunu bulmuş olması, daha güvenli ve daha ucuz enerji depolama cihazlarının geliştirilmesine büyük bir destek sağlayabilir.