Uygulamada, şarj edilebilir piller bazen teorik kapasitelerini önemli ölçüde azaltır. Graz Teknik Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, lityum demir fosfat katotta kapasite kaybının tam olarak nerede meydana geldiğini gözlemleyebildiler.
Araştırmacılar, lityum iyon fosfatı “elektrikli otomobillerde, sabit enerji depolama sistemlerinde ve araçlarda piller için en önemli malzemelerden biri” olarak tanımladılar ve nispeten uzun hizmet ömrü, malzeme fiyatlandırması ve güvenliğine atıfta bulundular. Araştırmacıların teknolojide gördükleri en büyük sorun, “lityum demir fosfat pillerin pratikte teorik elektrik depolama kapasitelerini %25’e kadar azaltması” oldu. Bu sorunun nerede meydana geldiğini belirlemek, teknolojide büyük bir atılım sağlayabilir. Araştırma ekibi özellikle “lityum iyonlarının şarj ve deşarj döngüleri sırasında pil malzemesinde tam olarak nerede ve nasıl depolandığını ve salındığını” belirlemek istedi.
Bunu başarmak için araştırmacılar, “lityum iyonlarının pil malzemesi içinde hareket ederken sistematik olarak izlenmesi, demir fosfat katodunun kristal kafesindeki düzenlerinin benzeri görülmemiş bir çözünürlükle haritalanması ve kristal içindeki dağılımlarının kesin olarak ölçülmesi” için transmisyon elektron mikroskoplarını kullandılar. Bu farklı lityum zenginleştirme seviyelerinin olduğu alanları kesin olarak belirlemeyi ve bunları birkaç nanometreye kadar birbirlerinden ayırmayı başardılar.
Graz Teknik Üniversitesi’ndeki Elektron Mikroskobu ve Nanoanaliz Enstitüsü’nden Daniel Knez, “Araştırmalarımız, test pil hücreleri tamamen şarj edildiğinde bile lityum iyonlarının anoda göç etmek yerine katodun kristal kafesinde kaldığını gösterdi. Bu hareketsiz iyonlar kapasite açısından bir maliyete neden oluyor” diye açıkladı.
“Farklı inceleme yöntemlerini birleştirerek, lityumun kristal kanallarda nerede konumlandığını ve oraya nasıl ulaştığını belirleyebildik,” diye açıklıyor Elektron Mikroskobu ve Nanoanaliz Enstitüsü’nden ve araştırma ekibinin yakın zamanda Advanced Energy Materials dergisinde yayınladığı sonuçlar hakkındaki makalenin ilk yazarı Nikola Šimić. “Geliştirdiğimiz yöntemler ve iyon difüzyonu hakkında edindiğimiz bilgiler, onları daha da hassas bir şekilde karakterize etmek ve daha da geliştirmek için yalnızca küçük ayarlamalarla diğer pil malzemelerine aktarılabilir.”
Graz Teknik Üniversitesi, pil araştırmalarındaki çalışmalarıyla iyi bilinir ve yakın zamanda devam etmek için ek fon aldı. Sadece bu yıl, enstitü tünellerdeki hidrojen teknolojisinin riskleri hakkında bir analiz yayınladı, ikinci yaşam uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilmiş pil teşhisi planlarını ve Varta ile bir araştırma iş birliğini duyurdu.
