Stanford araştırmacıları, katı elektrolitin yüzeyine uygulanan atomik ince bir gümüş işleminin çatlamaya karşı koruma sağladığını gösterdi. Bu basit nanosölüsyon yöntemi LLZO bazlı elektrolitlerde yüzey dayanımını ve hızlı şarjda zarar görme riskini önemli ölçüde azalttı.
Katı elektrolitler sıvı tabanlı pillere göre daha güvenli, daha yüksek enerji yoğunluklu ve daha hızlı şarj olabilen lityum metal piller vaat ediyor. Ancak seramik benzeri bu malzemeler mikroskobik çatlakar oluşturmaya yatkın olduğu için tekrarlı şarj-deşarj döngülerinde zamanla bozuluyorlar. Stanford ekibi, elektrolit yüzeyine uygulanacak çok ince bir gümüş işleminin bu kırılganlığı büyük ölçüde azaltabileceğini gösterdi.
Araştırmacılar LLZO (lithium-lanthanum-zirconium-oxide) örneklerinin yüzeyine yaklaşık 3 nanometre kalınlığında bir gümüş tabakası uyguladı ve örnekleri 300 °C’ye ısıttı. Isıtma sırasında Ag+ iyonları yüzeye nüfuz ederek küçük lityum atomlarının yerine geçti ve bu etki 20–50 nm derinliğe kadar uzandı. Gümüş iyonlarının varlığı yüzeydeki kusurları doldurup çatlak oluşumunu zorlaştırdı; laboratuvarda yapılan kırılma testlerinde gümüş işlemi uygulanmış örnekler yaklaşık beş kat daha fazla basınca dayanabildi.
Bu yaklaşım, özellikle hızlı şarj sırasında lityumun mevcut yüzey kusurlarına iterek içe doğru ilerlemesini (intrüzyon) engellemesiyle önemli avantaj sağlıyor. Çalışmada kullanılan gümüş iyonları metalik gümüşten farklı davranıyor; iyonik kalmaları, seramiğin kristal yapısını daha dayanıklı hale getirdiği düşünülüyor.
Çalışma şu aşamada küçük, lokal ölçekte yapılan deneylere dayanıyor; tam boyutlu hücrelere ölçeklendirme, binlerce döngü boyunca dayanımın korunup korunmayacağı ve diğer elektrolitlerle uyumluluk hâlâ araştırılıyor. Ekip tam piller üzerinde denemelere başladı ve kükürt bazlı veya sodyum temelli elektrolitler gibi farklı malzemelerde de benzer stratejilerin işe yarayıp yaramayacağını inceliyor. Makale Nature Materials dergisinde yayımlandı ve çalışmanın kıdemli yazarları arasında Wendy Gu ve William Chueh yer alıyor.
