Akıllı sodyum batarya: 500 Şarj döngüsünde %80 kapasite korunması

Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı araştırmacılar, sodyum-iyon (Na-ion) bataryalar için güvenliği ve dayanıklılığı artıran akıllı bir jel polimer elektrolit geliştirdi. Geliştirilen bu teknoloji, sınırlı döngü ömrü ve yüksek sıcaklıklarda karşılaşılan termal kaçak riski gibi temel sorunlara çözüm sunmayı amaçlıyor.

Isıya duyarlı akıllı jel, yüksek sıcaklıklarda dahi gaz yan ürünlerinin oluşumunu engelleyerek bataryanın stabilitesini koruyor. Yapılan testlerde, yeni elektrolit kullanılan NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM) katot ve sert karbon anot içeren sodyum-ion bataryaların 500 şarj döngüsü sonunda %80 kapasite koruduğu ve 50°C gibi zorlu koşullarda bile performansını sürdürdüğü bildirildi.

Isı ile güçlenen yapı

Araştırma ekibi, bu yeni elektroliti “yerinde radikal polimerizasyon” yöntemiyle sentezledi. Süreç, siyanetilüre içeren metakrilat monomer ve izosiyanat bazlı metakrilat monomerin geleneksel NaPF6-karbonat elektroliti içinde reaksiyona girmesiyle gerçekleştirildi. Elde edilen jel yapı, yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden çapraz bağlanarak üç boyutlu bir ağ oluşturuyor. Bu yapı, elektrolit bileşenlerini yerinde tutarken, elektrot-elektrolit arayüzünü de güçlendiriyor.

Batarya sıcaklığı 120°C (248°F) aştığında, jel yapıda ek çapraz bağlanmalar meydana geliyor ve bu durum iyon hareketini engelleyerek potansiyel kısa devre ve yangın riskini azaltıyor. Bu mekanizma sayesinde termal kaçak başlangıç sıcaklığı 137°C’den 177°C’ye (278.6°F’ten 350.6°F’ye) çıkarıldı.

Sodyum-iyon teknolojisine güven artıyor

Lityum-iyon bataryalara göre daha bol ve çevre dostu hammaddelerle üretilen sodyum-iyon bataryalar, sürdürülebilir enerji depolamada umut vaat ediyor. Ancak şimdiye dek düşük döngü ömrü ve yüksek sıcaklıklara karşı dayanıksızlık nedeniyle yaygınlaşmaları sınırlıydı. Bu teknoloji, bu engellerin aşılmasına yardımcı olabilir.

Yeni akıllı jel elektrolit, bu engellerin aşılmasında önemli bir adım olabilir. Önceki çözümler çoğunlukla yüksek sıcaklıklarda bozunan sıvı elektrolitlere dayanırken, bu yeni jel yapı ısıya tepki vererek kendini güçlendiriyor ve iç reaksiyonları pasifleştiriyor. Elektrot ve elektrolit arasındaki gaz oluşumunu azaltan ve dendrit oluşumunu engelleyen yapı, hem güvenliği hem de performansı iyileştiriyor.

Araştırmacılara göre, bu akıllı elektrolitler büyük ölçekli üretimle de uyumlu. Böylece enerji şebekeleri ve elektrikli araçlar gibi alanlarda sodyum tabanlı çözümlerin önü açılıyor.

Yön verici bir yaklaşım

Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmanın yazarları, bu akıllı jel elektrolit tasarımının sürdürülebilir, uzun ömürlü ve yüksek güvenlikli sodyum-iyon batarya sistemleri için önemli bir çerçeve sunduğunu vurguluyor. Bu malzeme, gelecekte daha ekonomik ve çevre dostu enerji depolama çözümlerine kapı aralayabilir.

Yeni nesil batarya teknolojilerine doğru

Akıllı jel polimer elektrolitlerin sunduğu termal dayanıklılık, uzun döngü ömrü ve güvenli yapı, sodyum-iyon bataryaları yalnızca bir alternatif olmaktan çıkarıp, büyük ölçekli enerji depolama ve elektrikli araçlar için gerçekçi bir seçenek haline getiriyor. Lityumun sınırlı kaynaklarına bağımlılığı azaltacak bu gelişmeler, özellikle iklim dostu enerji altyapılarının yaygınlaşması açısından kritik bir rol oynayabilir. Önümüzdeki dönemde bu tür yenilikçi malzemelerin ticarileşme süreci, enerji dönüşümünü hızlandıran stratejik bir itici güç olabilir.

İlgili Makaleler

• CATL’nin sodyum-iyon pilleri aşırı soğuklarda çalışıyor
• Sodyum-iyon pil teknolojisinde şekil inovasyonu
• Sodyum-iyon piller lityumun yerini alabilir mi?
• Demir-sodyum bataryayla uzun süreli enerjiye yeni çözüm
• Türkiye’de enerji depolama sistemleri: Sürdürülebilir geleceğe yatırım