27
YÜKSEK VOLTAJLARDA ÇALIŞABİLEN SULU ELEKTROLİTLİ BATARYALARA DOĞRU
Günümüzde kullanılan ticari bataryaların hepsinde elektrolit olarak organik bileşikler kullanılmaktadır.
Bu bataryaların tipik çalışma voltajı maksimum 4-4.5V civarlarındadır. Zaman zamanda karşılaştığımız üzere bu bataryalarda; yanma, patlama, ani alev alma, bataryanın şişmesi gibi pek çok dezavantajları vardır. Üstelik çevre dostu olmayışları ve yüksek maliyetli oluşları oldukça düşündürücü bir konudur. Bu bağlamda alternatif olarak sulu elektrolitli bataryaların geliştirilmeye çalışıldığını görmekteyiz. Bilindiği üzere sulu elektrolitli sulu bataryaların en büyük dezavantajı, elektrolit olarak kullanılan suyun 1.23V’ un üzerinde parçalanmasıdır. Bu sebepten, sulu bataryaların henüz ticari manada kullanılmamaktadır.
Ancak 2015 Yılında Liumin Suo ve arkadaşlarının geliştirdiği yeni batarya konfigürasyonu, sulu bataryalarda tam anlamıyla çok büyük bir dönüm noktası olmuştur.‘ Water-in-Salt’ battery( tuz içinde su) ismini verdikleri bu bataryada suyun elektrokimyasal parçalanmasını önlemek için çok yüksek derişimlerde( 21M) LiTFSI( lityum bitriflorometan sülfonil amide) tuzu suda kullanılarak suyun tuz içerisine hapsedilmesi
sağlanmış. Yüksek derişimlerde hazırlanan LiTFSI elektroliti, su moleküllerini sardığı için yeni elektrolit konfigürasyonu ile sulu elektrolit bataryalarda 1,23V değerinden 3V değerlerine çıkılmıştır. Yapılan bu ilk çalışmada katot olarak LiMn2O4, Anot olarak Mo6S8 kullanılmıştır. Bu dönüm noktasında TFSI-‘ ın rolü büyük olduğundan, bu çalışmadan sonra aynı konu üzerine çalışan pek çok araştırmacı tarafından benzer çalışmalar yapılmış ve farklı anot ve katot malzemelerinin de aynı elektrolit kullanılarak yüksek voltaj değerlerinden çalışıp, çalışılmadığı test edilmiştir. Genel itibar ile bu gelişme ile sulu elektrolit bataryalardan elde edilen enerji yoğunluğu 100Wh / kg’ değerlerine ulaşmıştır.
Bu çalışmadan 1 yıl sonra, aynı ekip LiTFSI + LiOTf tuz karışımı ile daha yüksek derişimlerde elektrolit hazırlanmıştır. Yeni hazırlanan 28M bu tuz çözeltisi kullanarak elde edilen bu yeni sulu bataryadan 200 Wh / Kg enerji yoğunluğu elde edilmiştir. Bu elektrolit ile yapılan sulu bataryanın 3V’ un üzerinde 3.1-3.4V değerlerine kadar optimum bir şekilde çalıştığı görülmüştür. 2017 yılı itibarı ile yapılan Chunsheng Wang ve arkadaşları, bu tür yüksek derişimli hazırlanabilen elektrolit içerisine flor bazlı katkı malzemeleri ekleyerek, tıpkı organik elektrolitlerde