Çip Üretim Teknolojisi Elektrikli Araç Bataryalarında Çığır Açıyor

Elektrikli araçların tek şarjla kat edebileceği mesafeyi artırmak, bataryaların boyutunu ve ağırlığını artırmadan daha fazla enerji depolayabilmesine bağlıdır. Bu doğrultuda umut vadeden anotsuz batarya alternatifleri, şarj sırasında lityumu depolayan grafit gibi geleneksel malzemeleri ortadan kaldırarak alan ve ağırlık tasarrufu sağlar. Bu sistemde lityum, doğrudan ince bakır folyo üzerinde birikir. Ancak tekrarlanan şarj döngüleri, lityumun dendrit adı verilen sivri uçlar halinde düzensiz bir şekilde birikmesine yol açar. Ayrıca lityum üzerindeki koruyucu tabakanın kararsız hale gelmesi batarya performansını düşürür ve ömrünü kısaltır.

Bu soruna çözüm bulmak amacıyla Güney Kore'deki bilim insanları, yarı iletken endüstrisinde kullanılan hassas üretim tekniklerini batarya geliştirme sürecine uyarladı. Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST) öncülüğünde yürütülen çalışmada, lityumu bakır folyo üzerine eşit şekilde dağıtan mikroskobik yapılar, dayanıklı bir koruyucu tabaka oluşturan ultra ince bir kaplamayla birleştirildi. Daha önceki çalışmalarda batarya ömrünü uzatmak için fazladan lityum eklenmesi veya yüzeyin kalın filmlerle kaplanması gibi yöntemler denenmiş, ancak bu yaklaşımlar bataryaları ağırlaştırarak avantajlarını ortadan kaldırmıştı.

İlgili haber: Doç. Dr. Anıl Agar'dan Skolyoz Uyarısı: Erken Teşhis Kritik Rol Oynuyor

KAIST Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Bölümünden Profesör Jinwoo Lee, bu çalışmanın yarı iletken üretimindeki ultra ince tekniklerin, toplu elektrolit formülasyonunu değiştirmeden veya fazla lityum eklemeden lityum birikimi için hem kararlı bir koruyucu tabaka hem de tekdüze alanlar oluşturabileceğini kanıtladığını belirtti. Profesör Lee araştırmayı; Profesör Hee-Tae Jung, Kyungpook Ulusal Üniversitesi ve Ulusal NanoFab Merkezinden meslektaşlarıyla birlikte gerçekleştirdi. Geliştirilen teknolojinin, yüksek enerjili anotsuz bataryaların ticarileşme sürecini hızlandırması bekleniyor.

Araştırma ekibi, bakır folyoyu iki boyutlu bir malzeme olan MXene ile yaklaşık 10 nanometre kalınlığında kapladı. MXene, bitmiş bir koruyucu bariyerden ziyade batarya çalışırken bu bariyeri oluşturan bileşenleri toplayan bir astar görevi gördü. LiPF6 bazlı elektrolit içinde MXene yüzeyi, lityum florür açısından zengin bir koruyucu tabakanın oluşmasını teşvik ederek istenmeyen reaksiyonları ve dendrit büyümesini azalttı.

İlgili haber: Enerji Bir-Sen Fırat Şubesi'nde Kenan İnallı Güven Tazeledi

Lityumun bakır üzerindeki birikimini kontrol etmek amacıyla yarı iletken üretiminde kullanılan ikincil püskürtme litografisi (SSL) yöntemi tercih edildi. Bu sayede yüzey alanı düz bakır folyoya kıyasla yaklaşık dört katına çıkarıldı ve her biri nanometre ölçeğinde olan mikroskobik tüpler oluşturuldu. Genişleyen yüzey sayesinde lityum, izole noktalarda toplanıp sivri uçlar şeklinde büyümek yerine dengeli bir şekilde yayılabildi. Çeşitli gelişmiş spektroskopi ve mikroskopi teknikleriyle incelenen bu yapı, bataryaya neredeyse hiç ek ağırlık veya hacim katmadan ömrünü uzatmayı başarıyor.