Li-on Pillerin Gözü Yaşlı: Katı Hal Bataryalar..

   Günlük yaşantımızda, telefonlarımızdan tutalım yeni yeni yaygınlaşmaya başlayan elektrikli arabalara kadar, Li-on piller kullanılmakta.

   Li-on piller; hafif, küçük ve taşınabilir olmaları ve boyutlarına göre yüksek enerji depolayabilme özelliklerinden dolayı bu kadar tercih ediliyor.

   Ama insanoğlu, Li-on pil işimizi görüyor arkadaş, fanteziye gerek yok demiyor tabii ki.

   Hem Li-on pillerdeki dezavantajların üstünü örtmek, hem de daha güvenilir ve yüksek dozda enerji depolamak için KATI HAL BATARYA diye bir şey attılar ortaya.

  Ne ki bu?



   Normal lityum bataryalarda bulunan sıvı elektrolitler, anot ve katot arasında hareket ederek şarj ve deşarj olaylarını gerekleştirir.

   Ancak buradaki elektrolitler, kararsız yapıda olduklarından, pilin yanmasına, patlamasına sebep olabiliyor.

   Geçtiğimiz yıllarda Samsung Galaxy Note 7 modellerinde bu sorun yaşanmıştı. Bir çok telefon kendini imha etmişti.

   Neyse ki telefonların hepsi toplanmış ve sıkıntı yaşayanlara yenisi dağıtılmıştı.


   Peki bu haylaz sıvı elektrolitler, daha ağırbaşlı olan katı olanlara değiştirilirse ne olur?


   Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ndeki (MIT) bilim insanları, karışık iyonik-elektronik iletkenler (MIEC), elektron ve Li-ion izolatörler (ELI) olarak bilinen katı maddelerin kombinasyonunu içeren yeni bir katı hal pil mimarisi geliştirdi.

   Çalışmanın merkezinde ise MIEC'den yapılmış bir dizi nano ölçekli tüp bulunuyor.

   Bu tüplerin her birinde fazladan boşluk olduğundan, lityum metalin şarj ve deşarj sırasında genişlemek ve küçültmek için boş alanı oluyor. Malzeme, katı ve sıvı malzeme arasında hareket ediyor; ancak süreç boyunca katı kristal yapısını koruyor.

   Bütün bunlar, petek yapılı anotun içinde gerçekleşiyor. ELI, tüplerin duvarlarını kaplıyor ve katı elektrolit arasında bir bağlayıcı görevi görüyor. Böylece batarya şarj olurken, lityum metalin dış boyutlarının değişmemesi sağlanıyor.

   Böylelikle sıvı elektrolitin şiddet eğiliminin de önüne geçilmiş oluyor.

   Tüm bunlar lafta kalmış da değil.

   100'ün üzerinde şarj-deşarj işlemi araştırmacılar tarafından gerçekleştirildi ve olumsuz bir sonuçla karşılaşılmadı.

   Katı hal batarya teknolojisi ile, tam şarj ile 3 günlük akıllı telefon kullanımı öngörülüyor.

   Evet, yatağının başına priz açtırma konusunda acele ettin, görüyorsun çok da gerek kalmayacak gibi..

   Şunu da belirteyim, büyük bir çalışmadan bahsediyoruz. Konuyu sadece akıllı telefonlarla sınırlayamayız. Katı hal bataryalardan asıl medet umanlar, tabii ki elektrikli araçlar..

   Katı hal bataryalar sadece patlamalara karşı çözüm sunduğu için mi tercih ediliyor?

   İnanın bundan daha büyük sorunlar var. Bir kerede depolanan maksimum enerji, şarj süresi gibi..

   Araştırmalar katı hal batarya pili hücrelerinin bugünkü lityum-iyon pillerin en az üç katı kadar enerji yoğunluğuna sahip olduğunu gösteriyor.

   Bir pil hücresinin enerji yoğunluğu, elektrikli bir arabaya sürüş mesafesi veriyor. Bu nedenle, daha yüksek bir enerji yoğunluğu, bir arabanın şarj arasında daha fazla mil kullanabilmesi anlamına geliyor.

   Bunun yanında bu teknoloji, saatler süren şarj sürelerini dakikalara düşürüyor, dolayısıyla daha fazla sayıda şarj-deşarj döngüsüne olanak sağlıyor.

   Lityum esaslı pillerin yeni nesillerin büyüyen güç ihtiyaçları için tehlikeli, pahalı ve yetersiz olduğu giderek daha fazla görülmeye başlanmış durumda.

   Geliştirilen bu teknolojinin önemli bir diğer avantajı ise pil hücrelerinin çevre dostu malzemelerden yapılabilmesi: Cam elektrolitler lityum için düşük maliyetli sodyumun yerini almasını sağlıyor ve sodyum, yaygın olarak bulunan deniz suyundan elde ediliyor.

   Buldukları her yeni şeye de çevreci demeseler olmaz tabii, işin raconu bu..


   Özetlemek gerekirse,

   Lityum iyon pillerin çoğu, iki elektrot ve sıvı durumdaki elektrolitten oluşuyor.

   Sorun, bu elektrolitin çok yanıcı olması.

   Zarar görmesi halinde pil, alev alıyor.

   Katı hal pilleri ise sıvı elektrolitten kurtularak, onun yerine farklı bir maddeyi koyuyor. Elektrotların arasında iyon iletimini sağlayacak olan bu madde, genellikle farklı metallerin karışımından oluşuyor.

   Diğer özelliği ise, hücrelerinde sıvıya yer vermediği için daha az yalıtım katmanına sahip olması ve dolayısıyla daha küçük, daha hafif olabilmesi.

   Dolayısıyla katı hal pilleri, daha hafif ve güvenli pillere ihtiyaç duyan elektrikli otomobil üreticileri için olmazsa olmaz..

   Başka bir artısı da uzun pil ömrü.
Bir Li-on pil hücresi çok hızlı bir şekilde şarj edilirse, sıvı elektrolitlerin arasından dendritler veya diğer bir ifadeyle “metal bıyık” oluşturup çaprazlayabilir ve kısa devreye, patlamaya, yangına neden olabiliyor.

   Katı hal bataryada ise alkali metal anot kullanılıyor ve yanma ,patlama riskleri ortadan kalkıyor.


***

   Elektrikli araç sektöründe en büyük rekabetin pil teknolojisi konusunda yaşandığını artık biliyoruz.

   Katı hal pil teknolojisini kullanan ve başarılı olan, bu yarışta tur bindirir diye düşünüyorum..

   Sağlıkla kalın..