Enerji depolamanın önemi ve ona olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu durum ayrıca enerji depolamadaki gelişmelerin de giderek arttığı anlamına gelmektedir. Araştırmacılar, enerji depolamanın daha güvenli hale gelmesi için katı elektrolit ve lityum metal anot temelli katıhal pil çalışmalarına yoğunlaşmıştır. Katıhal pillerinin çalışma prensibi, lityumun bir anot üzerine kaplanması ve elektrik üretmek için elektronların hareket etmesi ilkesine dayanır1.
Artan küresel sera gazı emisyonunu düşürmek için birçok ülke karbon nötr politikasını benimsemiştir. Lityum iyon batarya kullanan elektrikli araçlar da bu politikaya destek olacak bir sektördür. İçten yanmalı motorlar yerine ‘‘yeşil elektrikle’’ çalışan araçların daha çok kullanılması daha temiz bir çevre için kaçınılmazdır. Bu durumun önündeki en büyük engel lityum iyon bataryaların çoğu yerde kullanılan sıvı elektrolitli modeli, enerji yoğunluğu bakımından istenilen düzeyde değildir. Bu duruma ek olarak dış şoklara ya da iç kararsızlıklara karşı zayıf olan sıvı elektrolitlerin, yüksek yoğunluklu elektrikli araçlarla olan uyumu sorgulanabilir hale gelmiştir. İşte bu noktada geliştirilen çözüm, yanıcı özellik gösteren sıvı elektrolitlerin katıhal muadilleriyle değiştirilmesidir. Katı elektrolitler yüksek modül değerleri, yüksek termal kararlılık ve yüksek iyonik iletkenlik sunar. Bu avantajlar sayesinde elektrikli araçların dışında birçok alanda büyük bir potansiyel sunar.
Lityum iyonları, çekirdeklenme bölgelerinde dendritik yapılar oluşturarak lityumun yönlü büyümesine sebep olur. Bu durum dendritik lityumun fiziksel bariyerlere absorbe olması sonucu kısa devre oluşumunu hızlandırmak ile beraber fazla akım ve arıza riskini artırır. Dendritik lityumun parçalanmasıyla ölü lityum açığa çıkar. Ölü lityumların oluşması elektrot tabakalarının bozunmasına ve katı elektrolit interfaz katmanlarının oluşmasına yol açar. Bu da pili bozar ve iç direnci artırır. Başka bir seçenek, koruyucu bir katmanın akım toplayıcıya dahil ederek lityum metal anotun döngü stabilitesini artırmaktır. Bunun yapılmasındaki amaç, lityum bakımından düşük olan anotların belirlenerek yapay bir koruyucu katman oluşmasını sağlamaktır. Oluşan bu yapay koruyucu tabaka lityumun absorbe olmasını ve dikey uzamasını engeller.
Şekil 1. Li kaplama modellerinin şematik gösterimi ve önerilen elektrotun genel üretim süreci.
Önerilen katman, polivinil alkol (PVA) ile aşılanmış akrilik asit monomerleri (PVA-g-PAA) ve amorf karbonun birleştirilmesiyle elde edilir. Bu bağlayıcı madde hem iyon taşıma özelliğine sahiptir hem de mekanik sağlamlık içerir. Litofillik gümüşün bakır folyoya entegre edilmesi, homojen ve kararlı lityumun birikmesine yol açar. Bu sayede fabrikasyon katı hal piller, gelişmiş elektrokimyasal performans gösterir ve ince bir lityum metal anot kullanarak uzun süreli bir çevrim ömrü sunar2.
Kaynaklar