Alman bilim insanları, elektrikli araçlar (EV) başta olmak üzere havacılık, drone ve taşınabilir enerji sistemlerinde devrim yaratabilecek, yanmaya karşı dayanıklı ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip yeni bir lityum-kükürt batarya geliştirdi. 600 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşan bu yeni nesil bataryalar, mevcut lityum-iyon bataryalara kıyasla daha hafif, daha güvenli ve daha verimli enerji depolama çözümleri sunma potansiyeli taşıyor.
Almanya’daki Fraunhofer Malzeme ve Işın Teknolojisi Enstitüsü IWS’deki bilim insanları tarafından geliştirilen bu yeni lityum-kükürt katı hal batarya teknolojisi, iki ayrı proje ile destekleniyor. Alman Federal Araştırma, Teknoloji ve Uzay Bakanlığı tarafından finanse edilen AnSiLiS ve Avrupa Birliği’nin Horizon Europe programı tarafından desteklenen TALISSMAN projeleri, lityum-kükürt bataryaların ticarileşmesinin önündeki engelleri aşmayı hedefliyor. Proje ekibi, mevcut bataryalara kıyasla çok daha hafif olmasına rağmen benzer enerji sağlayabilen bir katı hal lityum-kükürt hücresi geliştirmeyi amaçlıyor.
Lityum-kükürt bataryalar, geleneksel lityum-iyon teknolojisine potansiyel bir halef olarak görülüyor. Bu bataryalar, bol ve ucuz bir malzeme olan kükürtü katot olarak kullanarak iki kat daha yüksek enerji yoğunluğu vaat ediyor. Ancak, bu bataryalarda kullanılan geleneksel sıvı elektrolitler, çözünebilir polisülfürler adı verilen yan ürünler oluşturma eğilimindedir. Bu durum, malzeme kayıplarına ve döngü kararlılığının hızla bozulmasına neden olabilir. Bu sorunu çözmek için ekip, sıvı elektrolitin çoğunu katı malzemelerle değiştiren bir katı hal lityum-kükürt batarya geliştirdi. Bu sayede bataryalar daha güvenli, daha kararlı ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip hale geliyor. İlk laboratuvar testleri, bataryanın kilogram başına 600 watt-saati (Wh/kg) aşan özgül enerji yoğunluklarına ulaşabileceğini gösterdi.
AnSiLiS projesinde bilim insanları, ince bir lityum-metal anot ve hibrit bir elektrolit ile eşleştirilmiş bir kükürt-karbon kompozit katot oluşturuyor. TALISSMAN girişimi ise ölçeklendirme ve endüstriyel fizibiliteye odaklanıyor. Ekip, elektrikli mobilite uygulamaları için kilogram başına 550 Wh’ye kadar hedef enerji yoğunluklarına ve kilovat saat başına 86 Amerikan dolarının (75 Euro) altında üretim maliyetlerine sahip hücreler tasarlıyor. Bilim insanları, kilogram başına 600 watt-saatin üzerinde enerji yoğunluklarına ve kilovat saat başına 75 Euro’nun altında belirli maliyetlere ulaşılabileceğini belirtiyor.
Yeni tasarım, Fraunhofer’in DRYtraec teknolojisini kullanıyor. Bu, enerji yoğun kurutma ihtiyacını ortadan kaldıran, solventsiz bir kaplama yöntemi olup, kararlı elektrot filmleri oluşturuyor. Bu yöntem, üretimde enerji kullanımını yüzde 30’a kadar azaltabilir ve CO2 emisyonlarını önemli ölçüde düşürebilir. Ayrıca, endüstriyel rulo-rulo işleme için ölçeklenebilir olması, üreticilere seri üretime pratik bir yol sunuyor. Araştırmacılara göre, hücre mimarisi mevcut lityum-iyon batarya üretim hatlarıyla da uyumlu, bu da endüstri tarafından daha hızlı benimsenmesini sağlıyor. Tüm prototip geliştirme ve testler, Dresden’deki enstitünün Gelişmiş Batarya Teknoloji Merkezi’nde (ABTC) gerçekleştiriliyor.
Ekip, yeni bataryanın yeni nesil uçaklara, drone’lara ve taşınabilir cihazlara güç verebileceğini umuyor. Optimize edilmiş malzemelerin, derinlemesine analizlerin ve süreç odaklı geliştirmenin kombinasyonunun, geleneksel teknolojilerin sınırlarına ulaştığı uygulamalarda lityum-kükürt bataryaların önünü açacağını düşünüyorlar. İlk fonksiyonel prototiplerin önümüzdeki yıllarda hazır olması bekleniyor.