Lityum |
Hava Pilleri

Elektrikli otomobillerle gündemimize giren çevreci ulaşım, lityum-iyon ve nikel metal hidrit gibi pil paketleri tarafından desteklenirken araçlarını daha uzun ve daha hızlı kullanmasını sağlayacak bir pil karışımı aramaya hala devam ediyor. Pil teknolojisinde bulunan mevcut araştırmacılar, geleneksel lityum-iyon pillerine göre enerji yoğunluğunu üç katına çıkaracak potansiyeli bulunan yeni nesil lityum-hava pili oluşturmada bilim adamlarına yardım etmekte. IBM ve General Motors da dahil olmak üzere birçok şirket, bu teknolojiden daha fazla yararlanmak için sabırsızlanıyor.


Lityum-hava (aynı zamanda lityum-oksijen olarak da bilinir) pilleri, prensip olarak lityum-iyon pillerine benzer. Negatif bir elektrot (lityum metal) olarak organik elektrolit kullanırlar. Bu elektrolit de tahmin edildiği üzere havadır. Bu teknoloji sınırsız bir katot reaktantı olarak oksijen ile teorik olarak otomotiv pilleri için çok umut verici olsa da, bataryanın kapasitesi lityum anot ile sınırlıdır. Lityum-hava pilleri hala geliştirilme aşamasında ve henüz ticari olarak mevcut değil. Mevcut olduklarında, bu piller lityum-iyon pillerinden 5 ila 10 kez daha fazla bir enerji depolama kapasitesine sahip olacak.
 

►İlginizi Çekebilir: Kendi Kendini Onaran Uzun Ömürlü Pil

Lityum-hava pilleri, daha hafif katot ile oksijenin ortamda serbestçe mevcut olması ve pilde depo edilmesine gerek olmaması nedenleriyle daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olabilecek. Bu teknoloji neredeyse bir tank benzin kadar enerjiyi depolama potansiyeline sahip ve lityum-iyon pillerinden 5 ila 10 kez daha fazla bir enerji depolama kapasitesine sahip olacak. Bu durumun lityum-hava pili ile çalışan arabalara şarja ihtiyaç duymadan daha fazla yol gitmesine olanak sağlaması bekleniyor.
 

IBM'in Lityum-Hava Pili

IBM, enerji şebekesi ve ulaşım için lityum-hava pilleri geliştireceğini duyurdu ve bu hedefe 10 yıl içinde ulaşılacağını açıkladı. IBM yöneticileri, şirketin doğrudan pil işine girmesinin pek mümkün olmadığını, fakat ultra hafif pil teknolojisi ile donanım ve sistem tasarımı uzmanlığından tam olarak faydalanacakları bir ortaklık arayışı içinde olduklarını söylediler. Lityum-metal elektrodu su içine yerleştirildiğinde, lityum iyonları dışarı sızar ve suda çözünmüş oksijen ile tepkimeye girer. Araştırmacılara göre lityum-iyon pillerinin kilogram başına yaklaşık 585 watt-saat ve lityum-sülfürün teorik olarak 2600 watt-saat elektrik iletim potansiyeli bulunurken, bu rakam lityum-hava pillerinde 5000 watt-saatin oldukça üstüne çıkabilir.

 

►İlginizi Çekebilir: Ryden Dual-Karbon Pil, Enerji Sektöründe Devrim Vadediyor
 

GM'nin Lityum-Hava Pili

General Motors elektrikle çalışan araçların, sürdürülebilir kişisel ulaşımı sağlamak için en iyi uzun vadeli çözümü sunduklarına inanıyor. Bu kapsamda elektrikli araç teknolojisi alanında devrim olabilecek bu lityum-hava pillerinin araştırmaları başlatılmış durumda. Bu piller metali bir katot gibi atlıyor ve lityuma doğrudan bağlamak için atmosferik oksijen molekülleri kullanıyor. Bu durum onlara fazlasıyla enerji yoğunluğu sağlıyor ve böylece enerji yoğunluğunda 10 kat iyileştirme sunuyor. Soluduğumuz hava bol oksijen seviyesi içerdiğinden, bir lityum-hava pili kendisini daha hafif ve daha küçük hale getirecek şekilde bir oksijen kaynağını kendi içinde saklamak zorunda kalmıyor.
 

MIT'in Lityum-Hava Pilleri

MIT araştırmacılarından bir ekip, şu anda mevcut bir pilin enerji yoğunluğunu üç katına kadar çıkaracak bir teknoloji üzerinde önemli bir ilerleme kaydetti. MIT bilim adamları, lityum-hava hücrelerde standart karbon elektrotları için altın ve platin nanopartiküllerini yer değiştirdiklerinde, çok daha yüksek verim elde etmeyi başardıklarını açıkladı. Bu buluş MIT için, araştırmalarının lityum-hava pillerinin lityum-iyondan 3 katı enerji yoğunluğuna sahip olduğunu göstermesine öncülük etmesi bakımından yeterince önemliydi. Bu bile tek başına ileriye dönük büyük bir adımdı.
 

K.M. Abraham'ın Lityum-Hava Pili

1990'ların ortalarında K.M. Abraham ve arkadaşları; bir Li negatif elektrot anot kullanımı, gözenekli bir pozitif karbon elektrot katotu ve polimer elektrolit kaplı bir jel ile ilk pratik suda çözünmeyen lityum-hava pilini sergilediler. Dünyanın ilk katı halli, şarj edilebilir lityum-hava pilini geliştirmek için krediyi Dayton Araştırma Enstitüsü'nde bulunan mühendisler aldı. Piller, diğer lityum şarj edilebilir pillerin yangın ve patlama riskleri göz önüne alınarak dizayn edildi ve hibrid ile elektrikli araçları da içeren bir dizi sanayi uygulamaları için büyük boyutlu şarj edilebilir lityumların gelişiminin önünü açtı. Suda çözünmeyen bir elektrolit kullanan bir hüce tasarımı, alkali sulu elektrolitlere dayalı geçmiş lityum-hava pillerinin Li anotunun parazitik korozyon reaksiyonlarını azaltır. Suda çözünmeyen elektrolit tabanlı hücre tasarımı ayrıca, Li-hava sisteminin güvenlik kaygılarının da üstesinden gelmekte.

 

Mühendislik ve Fiziksel Bilimler Araştırma Konseyi'nin Lityum-Hava Pili

İngiltere'de araştırmacılar, mevcut lityum-iyon pillerle kıyaslandığında enerji kapasitesinde önemli bir artış sağlayabilecek şarj edilebilir bir lityum-hava pili geliştiriyorlar. Mühendislik ve Fiziksel Bilimler Araştırma Konseyi tarafından finanse edilen araştırma çalışmaları, Strathclyde ve Newcastle'daki ortakları ile birlikte St. Andrews Üniversitesi araştırmacıları tarafından yönetiliyor. Dört yıllık EPSRC araştırma projesi, şarj edilebilir ve sürdürülebilir bir lityum-hava hücresi geliştirmeyi hedefliyor. Proje, pilin kimyasal reaksiyonlarının nasıl gerçekleştiğini daha fazla anlamaya ve bunu daha fazla nasıl geliştirmeye odaklanmış durumda. Mühendislik ve Fiziksel Bilimler Araştırma Konseyi (EPSRC), mühendislik ve fiziksel bilimler araştırmalarına finansman için İngiltere'nin ana ajansı konumunda.
 

Argonne Ulusal Laboratuvarı'nın Lityum-Hava Pili

Argonne Ulusal Laboratuvarı Merkezi araştırmacıları, lityum-hava pili teknolojisinde ilerleme göstermiş bulunuyor. Merkez, lityum-iyon pillerinden 5 ila 10 kat daha fazla ya da hemen hemen aynı boyutta benzin tankı kadar enerji saklama kapasitesi bulunan lityum-hava pillerini geliştiriyor olacak. Laboratuvar Li-hava araştırma ve geliştirme çalışmaları için ideal konumda, çünkü lityum-iyon pillerinin geliştirilmesinde geniş ve derin bir deneyime sahip. Ayrıca, lityum-iyon pilleri ve yakıt hücreleri için bir katalizör geliştirilmesi de dahil, gelişmiş piller için yeni malzemeler geliştirilmesine öncülük eden bilim adamları ve mühendislerden oluşan uzman bir kadrosu mevcut. Argonne ayrıca, lityum-hava pillerinde ticari işbirliğine gideceği genç, yenilikçi şirketler ve diğer iş ortakları ile mevcut ilişkilerini de sürdürecektir.
 

Eksileri

Mevcut lityum-hava pilleri katottaki reaksiyonların katı ürünlerinin birikimi sorunu ile karşı karşıya. Bu pillerin geliştirme maliyetleri son derece yüksek olacaktır. Mevcut lityum-iyon pilleri, 300 ile 500 arasında şarj-deşarj döngüsüne sahipken, bu durum lityum-hava pilleri için henüz bilinmemekte. Verimli geri dönüşüm çabalarıyla bile, tek başına otomobil endüstrisi, dünya çapında her arabayı çalıştırmak için benzinli motor yerine büyük miktarda lityuma gereksinim duyacaktır. Bu durum lityum-hava pilleri için bir başka sınırlama olabilir.
 

Etkisi

Lityum metal-hava pilleri muazzam miktarda enerji saklayabilir, teorik olarak kilogram başına 5.000 watt-saatten daha fazla. Bu rakam, bugünün yüksek performanslı lityum-iyon pillerinin 10 katından bile fazla. Ayrıca hidrojen yakıt hücreleri gibi diğer enerji depolama aygıtlarından da fazla. Hücre içinde ikinci bir reaktant içermesi yerine, bu piller onları hafif ve kompakt hale getiren ve ihtiyaç duyulduğunda kullanılabilen havadaki oksijen ile tepkimeye girerler. Eğer lityum-hava pilleri hızlı şarj ile petrole eşit olsaydı, yenilenebilir bir enerji kaynağı olmayan fosil yakıtlara bir ihtiyaç kalmazdı.

►Emre GÜRBÜZ