Fraunhofer, Alüminyum Anotları Stabilize Etti: Grafit İçermeyen Lityum-İyon Hücre Yolu Açıldı

Alüminyum, yıllardır batarya araştırmacılarının ilgisini çekiyor: ucuz, bol bulunan ve yüksek kapasite sunan bir malzeme. Ne var ki ticari lityum-iyon hücrelerde kendine yer bulamıyor, çünkü şarj ve deşarj sırasında elektrot şişip büzülüyor; bu tekrarlanan hareket zamanla çatlaklara, gözeneklere ve nihayetinde malzemenin toz haline gelmesine yol açarak kapasiteyi düşürüp hücre ömrünü kısaltıyor.

Fraunhofer Üretim Mühendisliği ve Otomasyon Enstitüsü IPA ile Stuttgart Üniversitesi Fotovoltaik Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, bu yaşlanma etkilerini dizginleyen bir hücre ve elektrot tasarımı geliştirdiklerini ve patentini aldıklarını duyurdu. Yaklaşım, malzemeyi pek çok döngü boyunca kararlı tutmayı ve elektrot içindeki elektriksel teması korumayı hedefliyor. Fraunhofer IPA Batarya ve Hidrojen Sistemleri ile Depolama Bilimsel Direktörü Kai Peter Birke, Almanca basın açıklamasında “Uzun zamandır bilinen ancak pratikte kontrol edilmesi zor olan bir batarya teknolojisini kullanılabilir hale getiriyoruz” dedi.

Tasarımın iki önemli noktada alışılmışın dışına çıktığı görülüyor. Anottan grafit ve silikon tamamen çıkarılıyor; bu, Avrupa batarya sanayisinin kritik hammadde saydığı grafit üzerindeki baskıyı hafifletiyor. Ayrıca başlangıç malzemesi, hem aktif madde hem de akım toplayıcı işlevi gören ticari bir alaşımlı alüminyum folyo. Bu sayede geleneksel anotlarda kullanılan bakır folyoya gerek kalmıyor ve aktif maddenin akım toplayıcıya uygulandığı ayrı kaplama adımı ortadan kalkıyor. Söz konusu değişikliklerin elektrot üretiminde hem proses maliyetini hem de enerji tüketimini azaltması bekleniyor.

Katot tarafında araştırmacılar lityum manganez okside işaret ediyor. Alüminyum anotla birleştiğinde bu kimyanın rekabetçi bir enerji yoğunluğu sunabileceği, fosfat içermediği için de lityum demir fosfat hücrelere karşı maliyet avantajlı bir alternatif oluşturabileceği belirtiliyor. Yüksek parlama noktalı bir elektrolit çözücü ve flor içermeyen LMO katotla birlikte kullanıldığında ise Fraunhofer’a göre flor — dolayısıyla PFAS — içermeyen bir hücre yapısı dahi mümkün olabilir. Bu, batarya yangınlarında oluşabilen hidrojen florür riskini de devre dışı bırakır.

İlk uygulamaların güvenlik, dayanıklılık ve kompakt kurulum alanının kritik olduğu yerlerde görülmesi bekleniyor: hava kargo taşımacılığı, nakliye konteynerleri için takip sistemleri ve özel tıbbi cihazlar bunlar arasında. Endüstriyel ölçek için önemli bir ayrıntı, üretimin mevcut tesislerde yapılabilmesi; enstitüye göre imalat altyapısının sıfırdan kurulması gerekmeyecek. Birkaç prototip üretilmiş durumda ve Fraunhofer IPA’nın Dijitalleştirilmiş Batarya Hücresi Üretimi Merkezi’nde test ediliyor. Ancak enstitü, döngü sayıları ile gravimetrik ve volumetrik enerji yoğunluğu değerlerine ilişkin ayrıntı paylaşmadı.