Elektrikli arabalarınız varsa ve soğukta sürüyorsanız, sıcaklıklar donma noktasının altına düştüğünde düşen performansın ve menzilin muhtemelen farkında olacaksınız. Sıcak bir yerde yaşıyor olsanız bile, bir kayak gezisi sırasında cep telefonunuzda aynı etkiyi görmüş ve minimum kullanıma rağmen şarj yüzdenizin hızla azaldığını göreceksiniz.
Sıcaklıklar donma noktasının altına düştüğünde, cep telefonlarının sık sık şarj edilmesi gerekir ve elektrikli arabaların sürüş menzili daha kısadır. Bunun nedeni, lityum iyon pillerinin anotlarının yavaşlaması, daha az şarj tutması ve enerjiyi hızla tüketmesidir. ACS Central Science’da rapor veren araştırmacılar, aşırı soğukta elektrik performansını iyileştirmek için, lityum iyon pildeki geleneksel grafit anotu, şarj edilebilir depolama kapasitesini -31°F’ye (-35) kadar koruyan inişli çıkışlı karbon bazlı bir malzemeyle değiştirdiler. °C).
Lityum iyon piller, çok fazla enerji depolayabildikleri ve uzun ömürlü oldukları için şarj edilebilir elektroniklere güç sağlamak için mükemmeldir. Ancak sıcaklıklar donma noktasının altına düştüğünde, bu enerji kaynaklarının elektrik performansı düşer ve koşullar yeterince soğuk olduğunda herhangi bir yük aktaramayabilirler. ABD’nin Ortabatısında yaşayan bazı insanların kışın ortasında elektrikli arabalarıyla sorun yaşamasının ve bu pilleri uzay araştırmalarında kullanmanın riskli olmasının nedeni budur.
Son zamanlarda, bilim adamları, bir lityum iyon pilin soğukta enerji depolama kapasitesindeki düşüşten anottaki grafitin düz yöneliminin sorumlu olduğunu belirlediler. Bu nedenle, Xi Wang, Jiannian Yao ve meslektaşları, anotun yük transfer sürecini iyileştirmek için karbon bazlı bir malzemenin yüzey yapısını değiştirmek istediler.
Yeni malzemeyi oluşturmak için araştırmacılar, kobalt içeren zeolit imidazolat çerçevesini (ZIF-67 olarak bilinir) yüksek sıcaklıklarda ısıttı. Ortaya çıkan 12 taraflı karbon nanoküreler, mükemmel elektrik yükü transfer yetenekleri sergileyen engebeli yüzeylere sahip oldu. Daha sonra ekip, madeni para şeklindeki pilin içinde, katot olarak lityum metal malzemenin anot olarak elektrik performansını test etti. Anot, 77°F ila -4°F (25°C ila -20°C) arasındaki sıcaklıklarda kararlı şarj ve deşarj sergiledi ve donma noktasının hemen altında oda sıcaklığındaki enerji depolama kapasitesinin %85.9’unu korudu.
Buna karşılık, grafit ve karbon nanotüpler de dahil olmak üzere diğer karbon bazlı anotlarla yapılan lityum iyon piller, donma sıcaklıklarında neredeyse hiç şarj tutmadı. Araştırmacılar hava sıcaklığını -31°F’ye (-35°C) düşürdüğünde, inişli çıkışlı nanokürelerle yapılan anot hala şarj edilebilir durumdaydı ve deşarj sırasında pile konan şarjın yaklaşık %100’ünü serbest bıraktı. Araştırmacılar, inişli çıkışlı nanosfer malzemesini lityum iyon pillere dahil etmenin, bu enerji kaynaklarını son derece düşük sıcaklıklarda kullanma olasılıklarını açabileceğini söylüyor.
