Litium-ion batareyaları illərdir cihaz istehsalında əsas element olub, lakin onların işləməsi üçün etibar etdikləri maye elektrolitlər kifayət qədər qeyri-sabitdir, bu da yanğın təhlükələrinə və təhlükəsizlik narahatlıqlarına səbəb olur. İndi Penn Statedəki tədqiqatçılar noutbuklarda, telefonlarda və elektrik nəqliyyat vasitələrində istifadə üçün etibarlı alternativ enerji saxlama həllini axtarırlar: bərk elektrolitlər (SSE).

Sənaye və istehsalat mühəndisliyi kafedrasının dosenti Hongtao Sun’a görə, maye elektrolitlər əvəzinə SSE istifadə edən bərk cisim batareyaları ənənəvi litium-ion batareyalara aparıcı alternativdir . O izah etdi ki, əsas fərqlər olsa da, batareyalar fundamental səviyyədə oxşar işləyir.

“Yenidən doldurulan akkumulyatorlar iki daxili elektroddan ibarətdir: bir tərəfdə anod, digər tərəfdə isə katod”, – Sun deyib. “Elektrolitlər bu iki elektrod arasında körpü rolunu oynayaraq, keçiriciliyin sürətli daşınmasını təmin edir. Litium-ion batareyaları maye elektrolitlərdən, bərk hallı batareyalar isə SSE-lərdən istifadə edir.”

Solid-state batareyaları ənənəvi litium-ion batareyaları ilə müqayisədə təkmilləşdirilmiş sabitlik və təhlükəsizlik təklif edir, lakin bir sıra istehsal və keçiricilik problemləri ilə üzləşir, Sun izah etdi. Məsələn, istehsal prosesində, xüsusən də keramika əsaslı SSE-lərdə tətbiq olunan yüksək temperatur onların istehsalına və praktiki həyata keçirilməsinə mane ola bilər.

Bu çətinliyin öhdəsindən gəlmək üçün Sun və komandası LATP-PILG kimi tanınan yüksək keçirici keramika-polimer kompozit SSE-ni daxil etmək üçün soyuq sinterləmə kimi tanınan texnikadan istifadə etdi – bu proses toz halında olan materialların qızdırıldığı, maye həlledici ilə işləndiyi və daha sıx formada sıxıldığı bir prosesdir. Metod “soyuq” adlanır, çünki o, ənənəvi sinterləmə ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə aşağı emal temperaturlarında işləyir, bunun əvəzinə prosesi başa çatdırmaq üçün tətbiq olunan təzyiqə və az miqdarda maye həllediciyə əsaslanır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745569180&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-cold-approach-fabrication-solid-state.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNS4wLjcwNDkuMTE1Il0sWyJOb3QtQS5CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiXV0sMF0.&dt=1745569180361&bpp=1&bdt=117&idt=123&shv=r20250423&mjsv=m202504210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745569110%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745569110%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745569110%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3798094869700&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1763&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31091982%2C95357877%2C95359114%2C95356661%2C95356809%2C95340252%2C95340254&oid=2&pvsid=3443651902832745&tmod=1709708043&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=128

İş Materials Today Energy jurnalında dərc olunub .

Ənənəvi keramika əsaslı SSE-lər adətən polikristal taxıllardan – taxıl sərhədləri ilə ayrılmış yüzlərlə kiçik kristaldan ibarət materiallardan ibarətdir. Suna görə, bu taxıl sərhədləri keçirici ionların daşınmasına mane olan qüsurlar hesab olunur. Keramika əsaslı SSE-lərdə keçiricilik itkisini azaltmaq üçün Sun komandası sabitliyi və yüksək keçiriciliyinə görə istifadə üçün ideal material olan keramika içərisində polimer kompozit SSE yaratmaq üçün poli-ion maye geli (PILG) LATP keramika ilə birgə sinterlədi.

PILG, SSE-də yüksək keçirici “taxıl sərhədi” rolunu oynayır, qüsurlara meylli təbii interfeyslər vasitəsilə deyil, mühəndis sərhədləri boyunca ionların daşınmasını asanlaşdırır. Sun, komandanın yeni SSE-lərini inkişaf etdirmək üçün əvvəlcə ənənəvi yüksək temperaturda sinterləşdirmədən istifadə etməyə çalışdığını, lakin dərhal problemlərlə qarşılaşdıqlarını söylədi.

“LATP əsaslı kompozit SSE-lərin istehsal problemlərindən biri keramika üçün sinterləmə temperaturunun çox yüksək olmasıdır ki, ənənəvi sinterləmə keramika lazımi şəkildə sıxlaşdırılmadan əvvəl polimer birləşmələri kimi hər hansı əlavələri yandıracaq” dedi Sun. “Buna görə də biz temperaturu xeyli aşağı saxlamaq üçün soyuq sinterləmə tətbiq etməli olduq.”

Soyuq sinterləmə texnologiyası ilk olaraq 2016-cı ildə Penn Ştat Materiallar Tədqiqat İnstitutunun direktoru və materialşünaslıq və mühəndislik üzrə görkəmli professor Klayv Randallın rəhbərlik etdiyi tədqiqat layihəsi vasitəsilə hazırlanmışdır. Onun bərk cisim batareyalarının hazırlanmasına tətbiqi 2018-ci ildə, kimya mühəndisliyi professoru və Mühəndislik Kollecinin kapital və daxilolma üzrə müvəqqəti dekan müavini Enrike Qomezin laboratoriyasında doktorluqdan sonrakı alim, soyuq sinterlənmiş keramika kompozit elektrolitləri ilə gəldi.

Sun’a görə, ənənəvi sinterləmə materialın ərimə nöqtəsinin təxminən 80%-i temperatur tələb edir ki, bu da LATP kimi keramika birləşmələri üçün asanlıqla 900 ilə 1000 dərəcə Selsiyə çata bilər.

“Bu tətbiq üçün biz sinterləmə temperaturlarımızı çox aşağı, təxminən 150 dərəcə Selsi saxlaya bildik” dedi Sun. “Bu, fərqli emal temperaturlarından asılı olmayaraq, soyuq sinterləmə prosesindən istifadə edərək müxtəlif növ materialları yüksək sıx formada birləşdirməyə imkan verir.”

LATP keramikasını PILG geli ilə sinterləməklə, Sun komandası digər güclü cəhətlərlə yanaşı, otaq temperaturunda yüksək ion keçiriciliyinə malik kompozit SSE-lər hazırladı.

“Təkmilləşdirilmiş keçiriciliyə əlavə olaraq, polimer-keramika kompozit SSE 0 ilə 5,5 volt arasında çox geniş bir gərginlik pəncərəsini nümayiş etdirdi” dedi Sun, ənənəvi maye elektrolitlərin 0 ilə 4 volt arasında bir pəncərəyə sahib olduğunu izah etdi. “Keramika SSE-lərimizin böyük gərginlik pəncərəsi yüksək gərginlikli katodların istifadəsini dəstəkləyir və batareyanın ümumilikdə daha çox enerji istehsal etməsinə imkan verir.”

Günəş üçün bu soyuq sinterləmə texnologiyasının tətbiqləri nə vaxtsa batareyaları təkmilləşdirməkdən kənara çıxa bilər. O, soyuq sinterləmənin şirkətlərin ümumi istehsalda, eləcə də yarımkeçiricilər istehsalı kimi daha spesifik sənayelərdə keramika kompozit materiallarından istifadəsinə yanaşmasına böyük təsir göstərdiyinə inandığını söylədi .

“Növbəti məqsədimiz geniş miqyaslı istehsalı və təkrar emal qabiliyyətini dəstəkləyən davamlı istehsal sistemini inkişaf etdirməkdir, çünki bu, bu texnologiya üçün sənaye tətbiqləri üçün açar olacaq” dedi Sun. “Bu, qarşıdakı illərdə işləməyə ümid etdiyimiz böyük vizyondur.”

Sundan başqa həmmüəlliflər arasında Ta-Wei Wang, Seok Woo Lee və Juchen Zhang, sənaye və istehsal mühəndisliyi üzrə Penn State doktorantları və Penn State sənaye və istehsalat mühəndisliyi magistr proqramının məzunu Bo Nie var.

Daha çox məlumat: Bo Nie et al, Soyuq sinterləmə ilə tənzimlənən interfeyslərin araşdırılması və polimer-keramika bərk elektrolitlərinin inteqrasiyası, Materials Today Energy (2025). DOI: 10.1016/j.mtener.2025.101829Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir