KAIST araştırmacıları, elektrikli araçlar ve diğer ileri teknolojilerdeki uygulamalar için hızlı şarj vaat eden, yüksek güç ve enerji yoğunluğuna sahip çığır açan bir hibrit sodyum iyon pil geliştirdi.
Lityumdan (Li) 500 kat daha fazla miktarda bulunan Sodyum (Na), son zamanlarda sodyum iyon pil teknolojilerindeki potansiyel kullanımı nedeniyle büyük ilgi gördü.
Ancak mevcut sodyum iyon piller, daha düşük güç çıkışı, kısıtlı depolama özellikleri ve daha uzun şarj süreleri gibi temel sınırlamalarla karşı karşıyadır ve bu da yeni nesil enerji depolama malzemelerinin geliştirilmesini gerektirmektedir.
11 Nisan’da, KAİST (Başkan Kwang Hyung Lee tarafından temsil edilmiştir) Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümünden Profesör Jeung Ku Kang liderliğindeki bir araştırma ekibinin, hızlı şarj edebilen, yüksek enerjili, yüksek güçlü bir hibrit sodyum iyon pil geliştirdiğini duyurdu.
FS/C/G-20//ZDPC SIHES tam hücrelerinin elektrokimyasal karakterizasyonları (solda). FS/C/G-20//ZDPC (bu çalışma) ve daha önce bildirilen diğer sodyum iyonu elektrokimyasal enerji depolama cihazları (sağda) için Ragone grafikleri. Kredi: KAIST Nano Malzeme Simülasyonu ve İmalat Laboratuvarı
Yenilikçi hibrit enerji depolama sistemi, genellikle pillerde kullanılan anot malzemelerini süper kapasitörlere uygun katotlarla birleştirir. Bu kombinasyon, cihazın hem yüksek depolama kapasitelerine hem de hızlı şarj-deşarj oranlarına ulaşmasını sağlayarak, cihazı lityum iyon pillere uygun bir yeni nesil alternatif olarak konumlandırıyor.
Teknolojik Zorlukların Üstesinden Gelmek
Bununla birlikte, yüksek enerji ve yüksek güç yoğunluğuna sahip bir hibrit pilin geliştirilmesi, pil tipi anotların yavaş enerji depolama hızının iyileştirilmesinin yanı sıra süperkapasitör tipi katot malzemelerinin nispeten düşük kapasitesinin arttırılmasını gerektirir.
Sodyum-iyon hibrit enerji depoları (SIHES) için yüksek kapasiteli/yüksek hızlı anot ve katot malzemelerinin şematik sentetik prosedürleri ve bunların önerilen enerji depolama mekanizmaları. (A) ultra ince demir sülfit gömülü S katkılı karbon/grafen (FS/C/G) anot ve (b) zeolitik imidazolat çerçeveden türetilmiş gözenekli karbon (ZDPC) katot malzemeleri için sentetik prosedürler. (c) Bir SIHES için FS/C/G anodunda Na+ iyonlarının ve ZDPC katotunda ClO-4 iyonlarının önerilen enerji depolama mekanizmaları. Kredi: KAIST Nano Malzeme Simülasyonu ve İmalat Laboratuvarı
Bunu açıklamak için Profesör Kang’ın ekibi, hibrit pillerin optimize edilmiş sentezi için iki farklı metal-organik çerçeveden yararlandı. Bu yaklaşım, metal-organik çerçevelerden türetilen gözenekli karbona ince aktif malzemelerin dahil edilmesi yoluyla geliştirilmiş kinetiğe sahip bir anot malzemesinin geliştirilmesine yol açtı.
Ek olarak, yüksek kapasiteli bir katot malzemesi sentezlendi ve katot ve anot malzemelerinin kombinasyonu, dengeyi optimize eden ve elektrotlar arasındaki enerji depolama oranlarındaki eşitsizlikleri en aza indiren bir sodyum-iyon depolama sisteminin geliştirilmesine olanak sağladı.
Performans ve Potansiyel Uygulamalar
Yeni geliştirilen anot ve katottan oluşan bir araya getirilmiş tam hücre, yüksek performanslı bir hibrit sodyum iyon enerji depolama cihazı oluşturur. Bu cihaz, ticari lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunu aşıyor ve süper kapasitörlerin güç yoğunluğunun özelliklerini sergiliyor. Elektrikli araçlardan akıllı elektronik cihazlara ve havacılık teknolojilerine kadar hızlı şarj uygulamalarına uygun olması bekleniyor.
Profesör Kang, hızlı şarj edebilen ve 247 Wh/kg enerji yoğunluğuna ve 34.748 W/kg güç yoğunluğuna ulaşabilen hibrit sodyum iyon enerji depolama cihazının, enerji depolama sistemlerinin mevcut sınırlamalarının aşılmasında bir atılımı temsil ettiğini belirtti. Elektrikli araçlar da dahil olmak üzere çeşitli elektronik cihazlarda daha geniş uygulamalar öngörüyor.
Referans: “Yüksek performanslı sodyum iyon hibrit enerji depoları için düşük kristalli iletken çok değerlikli demir sülfit gömülü S katkılı anot ve 3D gözenekli N açısından zengin grafitik karbon çerçevelerden oluşan yüksek yüzey alanlı O katkılı katot”, Jong Hui Choi, Dong Won Kim, Do Hwan Jung, Keon-Han Kim, Jihoon Kim ve Jeung Ku Kang, 27 Mart 2024.
Çalışma, Nanomateryal Teknoloji Geliştirme Projesi aracılığıyla Bilim ve BİT Bakanlığı ve Kore Ulusal Araştırma Vakfı’nın desteğiyle gerçekleştirildi.
0 Yorumlar