Elektrikli arabanızı sadece 10 dakikada şarj edebileceğinizi hayal edin! Chao-Yang Wang tarafından Penn State Üniversitesi’nde geliştirilen yeni bir batarya tarzı sayesinde o gün gelmiş olabilir. Tasarım, reaksiyon hızını arttırmak için bataryayı ısıtarak çalışıyor.
Elektrikli otomobillerin kitlesel olmasını engelleyen etkenlerden birisi malum, şarj süresi. Şu anda bir bataryayı doldurma süresi, özellikle bir tankı; sıvı ya da gaz yakıtla doldurma süresiyle kıyaslandığında, şarjın çok uzun sürmesi, kullanıcıların tercihini etkiliyor. Bu nedenle, elektrikli arabaları tüketiciler gözünde daha çekici hale getirmenin tek yolu, bataryaların şarj süresini birkaç dakikaya indirmekten geçiyor. Wang’ın bataryası 10 dakika içinde yüzde 80 oranında şarj sağlayabilir. Bu şarj bataryanın yaklaşık 300 kilometre dayanmasını sağlıyor.
Halen piyasada bulunan aküler bunu yapamazlar çünkü bu kadar hızlı şarj etmek için 400 kilovat güç alabilmeleri gerekir. Bir pil hızlı bir şekilde şarj olduğunda, lityum iyonları negatif elektrotların yüzeyinde (pozitifden negatif elektroda geçerken) plaka benzeri tortular oluşturma eğilimindedir. Tortular, bataryanın ömrünü kısaltır. Bu sorunu çözmek için, Wang ve meslektaşları, pili lityum kaplamanın oluşması için çok yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtmaya çalıştı. Bunun için, piyasada satılan bir endüstriyel bataryayı teste aldı. Mikron kalınlığında nikel folyoları elektrot katmanlarının bir yığınına yerleştirdiler, bu elektrotun 30 saniyenin altında ısınmasına izin verdi – bu prosedür iyonların yüzeyinde kaplamaya neden olmadan negatif elektrota hızlı bir şekilde hareket etmesine izin verdi.
Daha sonra, hücrelerin 40° C, 49°C veya 60°C’de ne kadar iyi çalıştığını görmek için bir dizi farklı sıcaklık denediler. Akünün performansını, 20°C’de şarj edilen bir kontrol aküsü ile karşılaştırdılar.
20°C’de, bataryanın sadece 60 döngü boyunca hızlı şarj etmeyi sürdürdüğünü keşfettiler; bu noktada lityum kaplama performansı önemli ölçüde azaltan sorunlara yol açtı. Diğer yandan, elektrotun 60°C’ye ısıtılması, bataryaya performansı engelleyen lityum kaplama birikimi olmadan 2500 devire kadar şarj etme imkanı verdi. Wang, bu tür bir performansa sahip bir pilin 14 yıllık kullanım veya yaklaşık 750.000 kilometrelik bir kullanım ömrü sağlayacağını söyledi.
Takımın bulguları, kısa süreli yüksek sıcaklık patlamalarında fayda olduğunu göstermektedir. Bataryanın ısıtılması sadece kısa bir süre sürerse, bataryaya zarar vermez. Aksine, daha iyi yapar. Şimdi, takım tasarımı daha da geliştirmeyi planlıyor. Amaçları, sadece beş dakikada şarj edebilecek daha iyi bir batarya oluşturmak!