Lityum İyon Pillerin Kapasitesi Artırılabilir

Neredeyse tüm elektronik cihazlarda lityum iyon piller kullanılıyor. Lityum iyon pillerin yerine daha iyi bir alternatif yerleştirmeye çalışan araştırmacıların çalışmaları devam ediyor. 2019’da lityum iyon pillerin performansını büyük ölçüde artıracak teknolojinin detayları haberimizde.

A- A+

23.01.2019 tarihli yazı 6506 kez okunmuştur.

Lityum iyon piller, pozitif elektrot ve katmanlı negatif elektroda sahiptir. Lityum iyon piller şarj edilirken, elektronlar pozitif elektrottan negatif elektroda geçerken lityum iyonları elektrolitten geçer ve negatif elektrotta birikir, bu da potansiyel farka sebep olur. Deşarj sırasında ise, elektronlar negatif elektrottan pozitif elektroda doğru hareket ederken lityum iyonları elektrolitten geçer ve pozitif elektrotta birikir. Yani negatif elektrotta ne kadar fazla lityum iyonu varsa, o kadar çok enerji depolanabilir.

Akıllı telefonlarda, dizüstü bilgisayarlarda ve birçok elektrikli otomobilde kullanılan lityum iyon pillerin negatif elektrodu grafitten yapılmıştır. Negatif elektrotta lityum, altı karbon atomu ile çevrili LiC₆ şeklinde depolanır.

►İlginizi Çekebilir: Akıllı Solar Pencereler İçin Silikon Nanoteller Geliştirildi

Batarya üreticileri yıllardır anotlarda karbon yerine silisyumun nasıl kullanılacağını bulmaya çalışıyorlardı. Lityum iyonları, Li₁₅Si₄ oluşturmak için silikon (Si) ile birleşir. Silikon anotlar böylece daha fazla kapasite sağlayabilir. Silikonun ucuz ve iletkenliğinin fazla olması şimdiye kadar keşfedilen en iyi alternatif anot malzemelerinden biri olmasını sağlar.

Silikon, daha yüksek kapasiteli piller üretme sözünü veriyor, çünkü mevcut lityum iyon pillerde kullanılan grafitten daha fazla lityum emebiliyor. Bununla birlikte silikon negatif elektrot hacmi, şarj ve deşarj işlemlerinde şişerek dezavantaj oluşturur. Nedeni ise lityum, iyonları emdiği ve salıverdiği için genişler ve büzülür. Mevcut araştırmalar, silikonun nano ölçekli parçacıklara dönüştürülmesiyle bu sorunu önlemeye yardımcı olduğunu gösterdi.

Silikon şarj sırasında lityum ile reaksiyona girince hacim olarak genleşir. Deşarj sırasında da aynı miktarda küçülür. Tekrarlanan bu şarj-deşarj döngüsü, anodun dağılmaya başlamasına neden olur. Bu da anot üzerinde fazla yüzey alanı oluşturur ve elektrolitle kimyasal reaksiyona girerek pile zarar vermesine neden olur. Bu sebeple silikon anotlu piller çok dayanıklı değildir.

Neyse ki silikonun bu genleşme sorunu çözülebilir. Bazı lityum iyon piller, silikon dioksit ile birleştirilmiş ve karbonla kaplanmış silikon parçacıklar içeren anotlara sahiptir. Elon Musk, 2016 yılında Tesla’nın lityum iyon hücrelerinin bu şekilde yapılacağını ifade etmişti. Ancak bugüne kadar, anotlarda kullanılan silikon miktarı minimaldi.

2019 yılında bu durumun değişmesi bekleniyor. Sila Nanotechnologies adlı bir Kaliforniya şirketi, silikon bakımından zengin bir anot malzemesi kullanarak lityum iyon pillerin kapasitesini artırmak için yeni bir yaklaşım sergiledi. Bu anot malzemesinin kullanılması, batarya kapasitesini artırıyor. Boyutları ise günümüzde lityum iyon pillerin yapımında kullanılan grafit boyutuna benzer parçacıklardan oluşur. Şirketin kurucusu Gleb Yushin, yeni anot malzemesinin, anodun kalınlığının % 67’ye kadar azaltılmasını sağladığını ve bunun da bataryayı 9 kat daha hızlı şarj edilebileceğini söylüyor. Aynı zamanda bu yeni anot malzemesi, dendritlerin oluşumunu da engelliyor. Dendritler, şarj sırasında pozitif kutuptan diğer elektroda geçerken kısa devre oluşturan mikroskobik lityum fiberlerdir. Kısa devre sonucu piller alev alabiliyor, hatta patlayabiliyor.

Sila, yeni anot malzemesiyle yapılan lityum iyon pillerin elektrikli arabalarda kullanılıp kullanılamayacağını araştırıyor. Sila, muhtemelen bu yıl içinde silikon batarya teknolojisini ortaya çıkaran tek şirket olarak kalmayacak. Bir başka Kaliforniya şirketi olan Enovix’in tamamen silikon ve silikon oksitlerden yapılmış bir anot üretmesi bekleniyor. Bataryanın genel yapısı aynı kalarak bileşenleri istiflenir ve anotlar, yüksek basınç altında tutularak şarj sırasında genleşmesi engelleniyor. Envoix’in kurucu başkanı ve teknoloji baş sorumlusu Ashok Lahiri, “Bataryamızın uygulamalara bağlı olarak %30 ile %70 arasında daha iyi olacağını düşünüyoruz.” dedi. Enovix veya Sila, pillerin ticarileştirilmesini gerçekleştirdiğinde, tüm lityum iyon pil endüstrisini değiştirebilirler.

Kaynak:

►spectrum.ieee.org
►gigazine.net