Enerji depolama teknolojilerinde devrim niteliği taşıyan grafen bataryalar, yüksek şarj hızları ve uzun ömürleri ile elektrikli araçlardan mobil cihazlara kadar pek çok sektörün odağında yer alıyor. Ancak "grafen batarya" terimi genellikle yanlış anlaşılmaktadır; bu bataryalar tamamen grafenden oluşmaz. Grafen, mevcut lityum-iyon teknolojisinin performansını artırmak için elektrotlara entegre edilen süper iletken bir katkı maddesi olarak görev yapar.
Peki, laboratuvar ortamında veya endüstriyel ölçekte bir grafen destekli batarya hücresi üretmek için hangi hammadde ve kimyasallara ihtiyacınız var? İşte bir grafen batarya yapımı için gerekli olan temel malzeme listesi.
Bataryanın iç direncini düşürmek ve elektron hareketliliğini artırmak için kullanılan ana bileşendir. Hangi tür grafenin seçileceği, hedeflenen kapasiteye göre değişir.
Grafen Nanoplatelets (GNP): Çok katmanlı yapısı sayesinde maliyeti daha düşüktür ve anodun iletkenliğini artırmak için sıkça kullanılır.
İndirgenmiş Grafen Oksit (rGO): Kimyasal işlemlerle oksijen gruplarından arındırılmış, yüksek iletkenliğe sahip formdur. Genellikle katot yapısında kullanılır.
Tek Katmanlı Grafen (Single Layer Graphene): Çok yüksek maliyetli olduğu için henüz ticari bataryalarda nadir kullanılır, daha çok AR-GE seviyesindedir.
Anot tarafında lityum iyonlarını depolamak için kullanılan malzemelerdir. Grafen burada genellikle silikon veya grafit ile hibritlenerek kullanılır.
Silikon Nanotozları: Grafitin kapasitesini artırmak için eklenir. Grafen, silikonun şarj sırasında genleşmesini kontrol altına alarak çatlamasını önler.
Sentetik veya Doğal Grafit: Standart anot ana malzemesidir.
Bakır Folyo (Copper Foil): Anot malzemesinin üzerine kaplandığı akım toplayıcı (current collector) levhadır. Mikron seviyesinde kalınlığa sahiptir.
Bataryanın voltajını ve kapasitesini belirleyen kısımdır. Grafen burada iletken bir ağ oluşturarak şarj hızını artırır.
Lityum Demir Fosfat (LFP - LiFePO4): Güvenli ve uzun ömürlüdür.
Nikel Manganez Kobalt (NMC): Yüksek enerji yoğunluğu sağlar.
Alüminyum Folyo: Katot malzemesinin üzerine sıvandığı akım toplayıcı levhadır.
Toz halindeki grafen ve aktif maddelerin folyoya yapışmasını sağlayan "tutkal" görevindeki kimyasallardır.
PVDF (Poliviniliden Florür): En yaygın kullanılan bağlayıcı polimerdir.
NMP (N-Metil-2-Pirolidon): PVDF'yi çözmek ve elektrot çamurunu (slurry) hazırlamak için kullanılan solventtir.
SBR (Stiren Bütadien Kauçuk): Su bazlı sistemlerde kullanılan alternatif bir bağlayıcıdır.
İyonların anot ve katot arasında hareket etmesini sağlayan ortamdır.
Lityum Tuzu (LiPF6): En yaygın kullanılan elektrolit tuzudur.
Organik Çözücüler: Etilen Karbonat (EC) veya Dimetil Karbonat (DMC) gibi sıvılar.
Seperatör (Ayırıcı Zar): Polipropilen (PP) veya Polietilen (PE) bazlı, anot ile katodun birbirine değip kısa devre yapmasını engelleyen ancak iyon geçişine izin veren gözenekli zardır.
Hücrenin fiziksel formunu oluşturan parçalar.
Coin Cell (Düğme Pil) Kasaları: Laboratuvar testleri için CR2032 gibi paslanmaz çelik kasalar.
Pouch Cell (Kese Tipi) Alüminyum Laminat: Daha büyük kapasiteli, esnek bataryalar için dış kaplama.
Nikel Şeritler: Batarya kutuplarını dış devreye bağlamak için puntalanan iletken şeritler.
Grafen batarya üretiminde kullanılan malzemelerin saflığı (örneğin %99.9 saflıkta alumina veya grafit), bataryanın performansı üzerinde doğrudan etkilidir. Özellikle grafen tozunun yüzey alanı (BET değeri) ve katman sayısı, elde edilecek enerji yoğunluğunu belirleyen en önemli faktördür.
