Uluslararası bir araştırma ekibi, elektrikli araçlar için kobalt içermeyen piller için yeni olanaklar sunan bir nikel bazlı elektrot malzemesi geliştirdi.
Energy Storage Materials dergisinde yayınlanan bir makalede bilim insanları, kobaltın sınırlı ve problemli tedarik zinciri, özellikle elektrikli araçlarda kullanılan pillerin üretimi için bir darboğaz oluşturduğunu açıkladılar. Buna artı olarak, kobalt madenciliğinde çok fazla toksik atık oluşumu da problemdir.
Bu sorunları ele almak için, lityum nikel oksit (LiNiO2) – yaygın olarak kullanılan lityum kobalt oksit (LiCoO2) ile benzer bir yapıya sahip olan – bir elektrot malzemesi olarak kobalt içermeyen bir alternatif olarak kullanılabilir. Ancak, ana sorunlar, özellikle yüksek gerilim bölgesindeki kapasite kaybı ile ilişkili olan, belirli bir istikrarsızlık sorunları vardır.
Elektrotun geri dönüşülebilirliğini artırmak için, nikel iyonları diğer metal iyonlarıyla kısmen yer değiştirildi. Bu “nikel ile zenginleştirilmiş katmanlı malzemeleri” pozitif elektrot malzemesi olarak hizmet edebilmektedir.
Naoaki Yabuuchi, “Şimdiye kadar, nikel bazlı elektrot malzemeleri için %10-20 kobalt iyonu gerekliydi,” dedi.
Yabuuchi’ye göre, bu tür bir yüzde hala çok yüksek olmakla beraber metal yer değiştirmenin nasıl iyileştirilebileceğine dair kült bir anlayışın olmamasından kaynaklanmaktadır.
Bu bilgi boşluğunu ele almak için, o ve işbirlikçileri sorunlu faz geçişine daha derinlemesine baktılar. Bu süreç geri dönülebilir olmasına rağmen, geri dönülebilirlik, kapasite tamamen kaybolana kadar sürekli döngüler boyunca azalır
Önceki çalışmalar, LiNiO2’de tungsten dopinginin yüksek gerilim bölgelerinde zararlı faz geçişlerini bastırmak için etkili bir yaklaşım olduğunu bildirmiştir. Bu nedenle, Yabuuchi’nin grubu ağır, pahalı tungsten iyonlarının diğer elementlerle – özellikle fosfor ile – yer değiştirebileceği hipotezini test etti.
LiNiO2’ye nano boyutta lityum fosfat (Li3PO4) entegre etmenin, belirli koşullar altında, sorunlu nikel iyonu göçünün etkili bir şekilde bastırıldığını gözlemlediler. Ayrıca, bu bulgulardan hareketle, fazla nikel iyonları içeren Li katmanları içinde Li yok olan LiNiO2, Li0.975Ni1.025O2, fosfor entegrasyonu olmadan basit bir yöntemle sentezlendi.
Sonuçlar ayrıca Li0.975Ni1.025O2’nin olumsuz nikel iyonu göçünü etkili bir şekilde hafiflettiğini ve kobalt iyonları olmadan tutarlı geri dönüşebilirlik sağladığını gösterdi.
“Bu bulgular, son derece basit ve maliyet etkin bir metodoloji kullanarak yüksek performanslı nikel bazlı elektrot malzemeleri geliştirmek için yeni bir yönelim açmaktadır,” dedi Yabuuchi. “Bu malzeme, yüksek performanslı nikel bazlı elektrot malzemeleri için nihai hedefi başardı.”
Gelecek çalışmalarda, araştırmacılar lityum iyon pilleri desteklemek için kobaltsız bir malzemenin uygunluğunu araştırmayı planlamaktadırlar.
Kaynak: https://www.mining.com/nickel-based-electrode-material-opens-doors-to-cobalt-free-batteries/
