test
Ana Sayfae-DergiLityum-sülfür piller: CoZn

Lityum-sülfür piller: CoZn

Kükürt, düşük maliyeti ve yüksek özgül kapasitesi bakımından verimli bir elektrot malzemesidir. Kükürt birçok metal anotla (M-S) kombine edilebilir bu da enerji depolamada pratik bir çözüm sağlar. Bu bağlamda kükürtün enerji depolamadaki potansiyelini kullanmak için bu konuda öncü bir metal olan lityum eşliğinde çalışmalar yapılmıştır1.

Lityum iyon bataryalar, günümüzde en çok kullanılan enerji depolama çözümlerinden biri olup her geçen gün geliştirilmektedir. Buna ek olarak lityum-sülfür piller; kükürdün bol miktarda bulunup ucuz olması, lityum iyon bataryalardan daha çevre dostu ve potansiyel olarak daha yüksek enerji yoğunluğu sağlayabildiği için iyi bir alternatif olarak kabul edilir2.

Araştırmacılar, düşük şarj-deşarj oranlarına sahip lityum-sülfür pillerin, özellikle fazla miktarda kükürt yüklemeleri ve yağsız elektrolit koşulları altında çalıştığını söylüyorlar. M-S kombinasyonlarında kükürtün indirgeme reaksiyonu (SRR) sırasında, element halinde bulunan kükürtün çözünmeyen metal sülfitlerle  dönüşümü gerçekleşir. Yavaş SRR kinetiği, kükürtün eksiksiz dönüşümünü kısıtlar ve polisülfitlerin shuttle etkisini (polisülfit taşınması) sınırlar. Elektrot/elektrolit (e/t) yüzeyindeki aktif türlerin derişimleri bir pil sisteminin kinetiğini anlamak için önemli bir faktördür. Bu durum, Le Chatelier prensibine uygundur. Bu da reaktan derişimlerinin, basınç, sıcaklık değişiklikleriyle beraber reaksiyon eğilimini açıklar.

Tipik lityum-sülfür batarya hücre voltaj eğrisi

Şekil 1: Tipik lityum-sülfür bataryaları ve baskın polisülfit türleri için farklı deşarj eğrileri.

Araştırmacılar, reaksiyon eğilimine dayanan, karbon bazlı bir malzeme olan ve CoZn kümelerinden oluşan yeni bir nanokompozit elektrokatalizör tasarladılar. Bu katalizör, SRR kinetiğini iyileştirerek lityum-sülfür pillerin performansını artırır ve daha uzun ömürlü olmasını sağlar. Bu elektrokatalizör ayrıca 1000 devir boyunca %75 gibi bir oranla da deşarj kapasite korunumu sağlar. 

Sülfür redoks reaksiyonu sırasında, elektrolit çözeltisinde fazla miktarda polisülfür ara maddelerinin oluştuğu görülmüştür. Oluşan bu polisülfitlerin birkaç saat dengede kaldığı ve uygulanan elektrokimyasal potansiyele bağlı olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan araştırmaların devamında çeşitli voltajlarda farklı katalizörlerin performansının değerlendirildiği, lityum-kükürt pillerin hücreleri test edilmektedir. Yapılan testlerin sonucunda belirli e/t oranına sahip katalizörlerin polisülfür konsantrasyonlarını artırarak optime olmasını sağlar. Bu optimizasyon, SRR kinetiğini iyileştirir ve pilin performansını artırır.

Ant Efe Şimşek

 

Kaynaklar

  1. https://phys.org/news/2024-03-approach-high-power-lithium-sulfur.html
  2. Ye, C., Jin, H., Shan, J., Jiao, Y., Li, H., Gu, Q., … & Qiao, S. Z. (2021). A Mo5N6 electrocatalyst for efficient Na2S electrodeposition in room-temperature sodium-sulfur batteries. Nature Communications, 12(1), 7195.
  3. Li, H., Meng, R., Ye, C., Tadich, A., Hua, W., Gu, Q., … & Qiao, S. Z. (2024). Developing high-power Li|| S batteries via transition metal/carbon nanocomposite electrocatalyst engineering. Nature Nanotechnology, 1-8.

Yorum Yap

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz

Bu site, istenmeyenleri azaltmak için Akismet kullanıyor. Yorum verilerinizin nasıl işlendiği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Son Yazılar

Son Yorumlar