Ningbo Üniversitesi Fizik Bilimi ve Teknolojisi Fakültesi’nden Profesör Chen Wanghua liderliğinde, Ningbo Teknoloji Üniversitesi ve Ningbo Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacıların da yer aldığı ortak ekip, katı hal lityum batarya anot malzemelerinde bir atılım gerçekleştirdiğini duyurdu.
Çin medya kuruluşu Global Times tarafından aktarılan bilgilere göre çalışma grubu, doğadaki solunum mekanizmalarından esinlenerek üç boyutlu ve “nefes alabilen” yapıya sahip, yeni bir silikon nano-tel anot geliştirmeyi başardı. Elde edilen bulgular, yüksek performanslı silikon anotlu ve tamamı katı haldeki lityum bataryaların geliştirilmesi adına yeni bir geliştirme yolu sunuyor. Sonuçlar, yakın zamanda uluslararası enerji malzemeleri dergisi Energy Storage Materials’ta yayımlandı.
Tamamı katı haldeki lityum bataryalar; artırılmış güvenlik özellikleri, yüksek enerji yoğunlukları ve üstün döngü performansları nedeniyle bilim dünyası ile endüstri tarafından yeni nesil batarya teknolojisinin “nihai hedefi” olarak görülüyor. Gelişmiş bataryalar için potansiyel anot malzemeleri arasında silikon, geleneksel ticari grafit anotların on katı olan yüksek teorik kapasitesi ve mükemmel kimyasal uyumluluğuyla öne çıkıyor ancak silikonun pratik kullanımı, şarj ve deşarj döngüleri sırasında orijinal boyutunun üç katından fazlasına ulaşan hacimsel genişlemesi nedeniyle ciddi şekilde kısıtlanıyordu. Bu genişleme, şiddetli mekanik strese, arayüz ayrılmasına ve elektrokimyasal performansın hızla bozulmasına yol açıyordu.
Profesör Chen Wanghua, bahsi geçen teknik zorluğu şu benzetmeyle açıklıyor: “Lityum pili bir enerji depolama deposuna benzetirsek, silikon çok büyük depolama potansiyeline sahip, tanınmış bir ‘süper hamal’dır ancak, sözü edilen ‘büyük’ son derece dengesiz bir mizaca sahiptir: şarj sırasında lityum iyonlarını emerken, silikonun hacmi şiddetli bir şekilde üç kattan fazla genişler. Tekrarlanan şarj-deşarj döngüleriyle silikon, sürekli şişen ve sönen bir balon gibi davranır; sonunda yorgunluktan ‘çöker’ ve pil ömrünün ani ölümüne yol açar.”
Bu kritik sorunu çözmek için araştırma ekibi, silikonun sert bir katı hal ortamında “serbestçe nefes almasını” sağlayacak bir çözüm geliştirdi. Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) teknolojisinden faydalanarak doğrudan akım toplayıcı ile bütünleşen, üç boyutlu sütunlu bir silikon mimarisi tasarlayıp ürettiler. Tasarım, iki aşamalı bir PECVD süreciyle hazırlanan “çift fazlı” çekirdek-kabuk yapısına sahip.
Profesör Chen, yöntemin detaylarını şöyle aktarıyor: “Geleneksel ‘silikon tozu’ndan uzaklaştık ve yerine silikonu bir ormandaki ağaçlar gibi ‘dik’ hale getirerek akım toplayıcı üzerinde üç boyutlu bir ağ oluşturacak şekilde birbirine bağladık. Nano-tellerin arasında, pilin içine sayısız ‘nefes alma valfi’ yerleştirilmiş gibi duran bol miktarda boşluk bulunuyor. Lityum iyonları hücum ettiğinde, silikon nano-teller çevredeki elektroliti ezmeden ayrılan boşluklara doğru genişleyebilir.”
Deneysel sonuçlar, sütunlu silikon anot yapısının olağanüstü elektrokimyasal performans ve pratiklik sergilediğini kanıtlıyor. Geliştirilen bataryanın büküldüğünde veya makasla kesildiğinde dahi güç sağlamaya devam edebilmesi, dikkat çekici bir mekanik sağlamlık ve güvenlik düzeyini ortaya koyuyor.
Yürütülen araştırma, mimari tasarım yoluyla iyon taşıma kinetiğini mekanik bütünlükle birleştiren yeni bir paradigma oluşturuyor. Yüksek enerjili ve uzun ömürlü, silikon tabanlı ve tamamı katı haldeki lityum bataryaların geliştirilmesi adına uygulanabilir ve pratik bir teknik yol sunan çalışma, yeni nesil batarya teknolojisini gerçeğe bir adım daha yaklaştırıyor.
Kaynak: https://carnewschina.com/2026/02/02/a-breakthough-in-solid-state-battery-materials-chinese-researchers-unveil-breathable-silicon-anode/
