Lancaster Üniversitesi araştırmacıları, şarj edilebilir pillerin 3D (3 boyutlu) iç yapısını ilk kez gözlemlemek için bir tekniğe öncülük ettiler.

Çalışma, Lancaster Üniversitesi Fizik Bölümünden Profesör Oleg Kolosov tarafından yönetiliyor. University College London ve NEXGENNA Faraday Enstitüsü araştırmacıları da çalışmaya destek veriyorlar. 

Yeniden şarj edilebilir pillerin içindeki 3D nanoyapıyı, moleküler ölçekli elektrikli çift katmandan lityum iyon pil içindeki nano ölçekli elektrokimyasal yüzey katmanına kadar görselleştirmek için “3D Nano-Reoloji Mikroskopisi (3DNRM)” tabanlı yeni bir teknik kullanıldı. Çalışma Nature Communications’da yayımlandı.

Bu temel pillerin özelliklerini önceden belirleyen, pil elektrot-elektrolit arayüzü üzerinde oluşturulan nano ölçekli bir pasivasyon kaplaması olan katı elektrik arayüzünün (SEI) tüm üç boyutlu yapısının ilk kez doğrudan gözlemlenmesi sağlandı.

Pasivasyon kaplaması; pas sökücü asit kullanımı sonrasında demir üzerinde nötrleme işlemi yapılmasıdır. Yani asidik ya da alkali ürünler ile temasını keserek paslanmayı önlemek için uygulanan tekniktir.

Karbon katmanlarının yüzey özelliklerinin, elektrolitteki çözücü ile lityum iyonları arasındaki etkileşimin ve elektrikli çift katmanlı yapılarda SEI katmanı oluşumunun temelleri belirlendi.

Katı-sıvı arayüzlerinin nano düzeydeki mimarisi, yüksek performanslı piller için kritik öneme sahip ancak pillerin erişilmesi zor yapıları gereği pillerdeki reaksiyon arayüzlerini tanımlamak çoğu zaman zor olmuştur.

Lancaster Üniversitesinden Dr. Yue Chen, konu hakkında şu açıklamalarda bulundu: “Şimdiye kadar SEI oluşum mekanizmasını anlamak, çalışan pil ortamında hem nano ölçekli çözünürlük hem de nano ölçekli işlem yapabilen bir arayüz karakterizasyon tekniğinin olmaması nedeniyle hâlâ en zorlu ve en az keşfedilen alanlardan biri.”

Arayüz reaksiyonlarının dinamikleri, enerji akışını ve dönüşümünü tanımlar. Bu dinamikler; katalitik reaksiyonlar, antijen-antikor etkileşimleri, sinir hücreleri arası bilgi alışverişi gibi önemli fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerde kimyasal türlerin taşınmasını yönetir.

Bu durum, bu yeni teknik için enerji depolamadan ve kimya mühendisliğinden biyomedikal uygulamalara kadar geniş bir alan yelpazesi açıyor.

Derleyen: Tuğba Akkesen