Elektrikli Araçların İhtiyacı Olan ‘Sihirli’ Şeker Gibi Çözülen Malzeme Buluşu!

Çevre dostu elektrikli araçların ardındaki ironi, elektronik atık dağları üretmeleridir. Şu anda, EV pillerini geri dönüştürmeye yönelik çabalar oldukça pahalı ve kimyasal olarak toksik gibi görünüyor. Ancak MIT’den gelen umut verici bir gelişme bu durumu değiştirebilir.

28 Ağustos’ta yayınlanan bir Nature Chemistry makalesinde araştırmacılar, kendiliğinden bir araya gelen ve organik çözücülerde kolayca çözünen yeni tür bir malzemeyi tanıtıyorlar. Bu malzeme, büyük EV üreticilerinin uygulamak için yarıştığıkatı halbatarya hücresinde elektrolit olarak makul bir şekilde çalışıyor. Özellikle bu süreç, EV pillerinin geri dönüştürülmesini zorlaştıran sert kimyasal ve termal koşulları gerektirmiyor, bu da pillerin büyük ölçekte geri dönüşümü için umut verici fırsatlar sunuyor.

“Yaklaşımımız, kolayca geri dönüştürülebilir malzemelerle başlayıp, onları pil uyumlu hale nasıl getirebileceğimizi bulmak,” diyor Stanford’dan malzeme bilimci ve çalışmanın baş yazarı Yukio Cho, MIT News’a. “Başlangıçtan itibaren geri dönüştürülebilirlik için pil tasarlamak yeni bir yaklaşım.”

Gerçek Sihirli Kaynaklar

Cho, bu “öncelikle geri dönüşüm” yaklaşımı için ilhamını bir Harry Potter sahnesinden aldıklarını söylüyor. Orada Profesör Dumbledore, elini sallayarak eski bir evi sihirle tamir ediyor.

Cho ve meslektaşları, elektrikli araç pillerinde bu tür bir sihri tekrar etmek için her bir pil bileşeninin işlevlerine daha yakından baktı. En zorlayıcı ancak en temel kısmın, pozitif katot ile negatif anot arasındaki lityum iyonlarını taşıyan elektrolit olduğu ortaya çıktı. Geri dönüşüm açısından elektrolitler yüksek derecede yanıcı ve zehirli, yönetilmesi zor atıklara dönüşüyor.

Takım, “sihirli” elektrolitleri için, su içinde kendi kendine toplanabilen ve sürpriz şekilde Kevlar’ın kimyasal yapısını ve stabilitesini taklit eden bir molekül sınıfı olan aramid amfifillerini (AA’lar) seçti. Ardından, polietilen glikol (PEG), lityum iyonlarını ileten bir madde, her molekülün bir ucuna eklendi.

Takım bu moleküler sistemi suya maruz bıraktığında, yüzeyinde iyonları taşıyabilen nanoribonlar oluşturan bir yapı, yani işlevsel bir elektrolit haline geldiğini buldu.

Sihirli Malzeme Sihirli Bir Pil Yapabilir mi?

Bir sonraki adım, bu malzemenin gerçek pillerde çalışabileceğinden emin olmaktı. Takım önce malzemeyi pil üretiminde ve işletiminde karşılaşılan strese maruz bırakan deneyler gerçekleştirdi. Nanoribonlar bu kalite testinden başarıyla geçti.

Daha sonra, katot için lityum demir fosfat ve anot için lityum titanyum oksit gibi gerçek pillerde yaygın olarak kullanılan malzemeleri kullanarak bir katı hal batarya hücresi inşa ettiler. Elektrolit, elbette, takımın yeni sihirli malzemesinden yapıldı.

Bu test karışık sonuçlar verdi. Nanoribonlar lityum iyonlarını elektrotlar arasında başarılı bir şekilde taşıdı, ancak araştırmacılar, iyonların hızlı şarj ve deşarj sırasında zaman zaman tamponlandığını bildirdiler.

Bu aşamayı daha fazla araştırmak için belirten takım, ardından pil hücresini organik bir çözücüye bıraktı ve orada, Cho’nun tabiriyle suya atılan “pamuk şeker” gibi çözüldü.

Sihir Her Şeyi Çözemez

“Bu malzeme ile tüm sorunları çözdüğümüzü söylemek istemiyoruz,” diye itiraf etti Cho. Konseptin kanıtı umut verici sonuçlar gösterdi, ancak pil performansı endüstri standartlarının oldukça altındaydı, dedi.

Bununla birlikte, araştırmacıların bu materyale hayal ettiği şey—yakın gelecekte—bir katmanın veya iki katmanın bu materyalle entegre edildiği ve tüm batarya değil. Bu malzemeden yapılan pilin küçük bir bölümü bile geri dönüşüm sürecini kolayca başlatabilir, diye açıkladı Cho.

Bahisler yüksek. Elektrikli araç satışları artış gösteriyor. Lityum tedariki ise sıkıntıda. Eğer EV endüstrisi bu malzemeye ilgi gösterirse, lityum atıkların büyük ölçekte geri dönüştürülmesi için yeni fırsatlar açabilir. Ancak takım, yatırımın gerçekten yapmaya değer olduğunu kanıtlamalı—ne kadar erken, o kadar iyi.

Düzeltme: Bu makalenin önceki bir versiyonunda pil hücresinin negatif elektrodunun bir “elektrod” olduğu yanlış bir şekilde belirtildi, doğru olan “anottur.”