Lityum-iyon Piller için Poliüretan Esaslı Esnek Jel Polimer Elektrolit


Uyumaz F., Kahraman M. V. (Yürütücü)

Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, 2022 - 2023

  • Proje Türü: Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje
  • Başlama Tarihi: Mayıs 2022
  • Bitiş Tarihi: Kasım 2023

Proje Özeti

Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunluğu, yüksek verimlilik, hafiflik, taşınabilirlik ve güvenlik gibi avantajlı özellikleri sayesinde on yıllardır güç kaynağı olarak tüketici elektroniği pazarına hakimdir. Şimdi elektrikli araçlar için güç kaynakları ve sabit enerji depolama gibi büyük ölçekli enerji depolamaya artan talep, araştırmacıların lityum iyon pillerin performansını enerji yoğunluğu, hız kapasitesi, döngüsel stabilite ve güvenlik gibi çeşitli yönlerden daha da artırmalarını gerektirmektedir. Sıvı elektrolitli lityum iyon pillerin uygulanmasında, yüksek derecede yanıcı organik sıvı elektrolitlerin varlığı nedeniyle sızıntı, alev ve patlamalar gibi bazı ciddi sorunların meydana geldiği bildirilmiştir. Solvent içermeyen katı elektrolitlerin kullanımı, sıvı elektrolitlerin mevcut güvenlik sorununu çözmenin ideal yoludur, ancak bu avantaj önemli ölçüde azaltılmış iletkenlikle birlikte gelir. Sıvı ve katı polimer elektrolitlerin pozitif özelliklerini birleştirmek için, sırasıyla katı polimer elektrolitler ve sıvı elektrolitlerden daha yüksek iyonik iletkenliğe ve daha fazla stabiliteye sahip jel polimer elektrolitler tanıtılmıştır ve sonuç olarak lityum iyon pillerin güvenlik sorununa alternatif bir çözüm sağlayabilirler.

 

Ayrıca, ticari sıvı elektrolitlerle karşılaştırıldığında, lityum iyon pillerdeki jel polimer elektrolitlerin ana avantajları sızıntı yapmayan doğası ve daha yüksek termal stabilitesi olup esnek, daha ince ve daha küçük elektrokimyasal cihazlar hazırlamak için kullanılabilirler.

Lityum iyon pillerde elektrolit; güncel yoğunluğu, zaman kararlılığını, bataryanın güvenilirliğini, katı elektrolit arayüzünün oluşumunu ve özellikle lityum-iyon pil güvenliğini belirlemek için anahtar faktördür. Lityum iyon pillerin güvenlik kazaları genellikle hücre genişlemesi, kabuk sızıntısı, elektrolitte ve elektrot bölümlerinde aşırı şarj, termal şok ve kısa devre gibi anormal ortamlarda yanma ve patlama nedeniyle gerçekleşir. Bunlar anahtar ekipmanın sağlığı ve güvenliği açısından tehdit oluşturabilir. Jel polimer elektrolitler bağlayıcı, ayırıcı ve elektrolit gibi çoklu rolleri yerine getirme yetenekleri sebebiyle bugüne kadar katı hal lityum pilleri ve süper kapasitörlerde artan bir ilgi görmüştür.

Ana malzeme olarak kullanılacak olan Poliüretan akrilat (PUA), düşük sıcaklıkta yüksek darbe ve çekme mukavemeti, aşınma direnci, kontrol edilebilir sertlik, düşük viskozite, yüksek kürleme hızı ve kimyasal/çözücülere karşı mükemmel dirençle birleştirilmiş tokluk gibi mükemmel fiziksel özellikleri nedeniyle hızlı bir ilgi ve gelişme kazanmıştır. Aynı zamanda ışıkla kürlenebilen bir malzemedir. Lityum iyon pil teknolojisinde de malzemenin var olan avantajlı özellikleri nedeniyle yüksek iletkenlik ve verim sağlanması hedeflenmektedir.

Jel filmin hazırlanmasında yöntem olarak kullanılacak olan UV kürleme teknolojisi, yüksek verimlilik, hafif kür koşulları, düşük sermaye harcaması, düşük enerji tüketimi ve düşük uçucu organik kimyasal gibi çeşitli avantajları nedeniyle çok dikkat çekmiştir. Bu nedenle, UV kürleme malzemeleri "temiz ve yeşil" olarak kabul edilir ve modern endüstride kaplamalar, yapıştırıcılar, ilaç dağıtım sistemleri vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.