Lityum iyon piller, onları geliştiren bilim insanlarına Nobel ödülü getirmekle kalmadı, aynı zamanda günümüzde kullandığımız elektronik cihazların çeşitlenmelerine ve her alanda kullanılabilmelerine zemin hazırladı.
Ancak lityum iyon pillerin bir sıkıntısı var, çeşitli durumlarda lityum iyon piller içerisinde bulunan sıvı elektrolitler pil içerisinde tutuşabilir ve böylelikle patlamalar gerçekleşebilir.
Bu durum çeşitli yangınlara ve çevresel hasara neden olmaktadır. Ayrıca lityum iyon piller içerisinde benzeri bir sıkıntı yaşanması durumunda kısa devreler meydana gelebilmekte ve bu durum nedeniyle elektrik hatlarında bağlantı sorunları oluşabilmektedir.
Illinois Üniversitesi’nde çalışma yürüten mühendisler, lityum iyon piller içerisinde meydana gelen hasarları düzeltebilen ve bu hasarlardan sonra kendi kendini iyileştirebilen polimer bazlı elektrolitler geliştirdiler. Bu malzemelerin başka kimyasallara gerek duymadan ve yüksek sıcaklık gerektirmeden geri dönüştürülebilir oldukları raporlandı.
Kendi kendini onaran ticari piller üretimine yol açabilecek olan yeni çalışma American Chemical Society dergisinde yayımlandı. Araştırmacılar, lityum iyon pillerin şarj-deşarj döngüsündeki sıkıntılar nedeniyle zamanla kısa dallar şeklinde katı lityum biriktirdiklerini, bu yapıların pil ömrünü kısalttığını ve zamanla pil içerisinde kısa devre oluşumuna neden olduğunu raporladı.
Bazı durumlarda bu katı lityum birikintileri o kadar büyür ki, pilin iç kısmında deliklerin oluşumuna neden olur. Bu durum da elektrotlar ve elektrolit sıvıların bulunduğu bu ortamda dengenin bozulmasına ve patlayıcı kimyasal reaksiyonların gelişmesine yol açar.
Bilim insanları geçmiş dönemlerde, lityum iyon pillerde kullanılan sıvı elektrolitlerin seramik veya polimer benzeri katı maddelerle değiştirilmesini önermişti. Ancak bilim insanlarınca önerilen bu maddelerin çoğu sert yapıda ve kırılgan malzemelerdir. Malzemelerin sahip oldukları bu özellikler de elektrolitler arasındaki temasın zayıflamasına neden olur. Böylelikle iletkenlikle ilgili çeşitli sıkıntılar gözlenmeye başlanır.
“Aynı zamanda çevre dostu bir malzeme”
Çalışmada yer alan mühendislerden biri olan Brian Jing, “Katı elektrolit olarak kullanılabilecek durumda olan polimerler, sıvı elektrolitlerin neden olabilecekleri hasar ve diğer katı maddelerin iletkenlik düzeyinde değişim meydana getirmelerine karşı kullanılabilir. Ancak polimerler söz konusu olduğunda başka bir sıkıntı ile de karşı karşıya kalırız. Yüksek sıcaklık koşulları, bu piller içerisinde kullanılan polimer malzemenin erimesine neden olabilir ve pil içerisinde hasar gelişebilir. Böylelikle bu pilin kullanıldığı elektronik cihazda çeşitli arızalar meydana gelebilir” açıklamalarında bulundu.
Geçmişte yapılan çalışmalarda, lityum iyon piller içerisinde iletkenliğin hasar gelişmeden sağlanması için birbirlerine çapraz bir konumda bağlanmış polimer temelli teller kullanarak bir ağ geliştirilmiş ve böylelikle iletkenliği sağlayabilecek katı elektrolitler üretilmiştir.
Bu yöntem, katı lityum birikmesini geciktirir ancak kullanılan malzemenin ağsı yapısı oldukça karmaşıktır ve bir hasar meydana gelmesi halinde geri kazanılamazlar veya iyileştirilemezler.
Araştırmacılar bu sorunu çözmek için polimer maddelerden oluşturulan bu ağın çapraz bağlantı noktalarının ve polimer ipliklerinin kendini yenileyebildiği bir polimer ağı ürettiler. Araştırmacılar, geliştirilen bu polimer ağın diğer malzemelerin aksine ısınma durumunda sert bir yapıya büründüğünü ve katı lityum birikmesini potansiyel olarak en aza indirdiğini raporladı.
Araştırmanın çıktılarına göre, lityum iyon piller içerisinde herhangi bir sıkıntı meydana geldiğinde veya ısınma tahmin edilen seviyenin üstüne çıktığında bu piller katı halde kalarak bu süreci atlatabilir ve hasar meydana getirebilecek durum ortadan kalktıktan sonra eski hallerine dönebilirler. Bu polimer maddenin kendisini koruyabildiği ve eski haline geri dönebildiği için pil iletkenliğinde herhangi bir sıkıntının oluşmayacağı kaydedildi.
Çalışmaya katılan mühendislerden biri olan Profesör Christopher Evans, “Bu polimer madde, oda sıcaklığında çözünebilen ve aynı zamanda çevre dostu bir malzemedir. Lityum iyon pillerdeki ısınma sorunun meydana getirdiği hasarlara çözüm bulmanın yanı sıra, bu polimer malzeme ile birlikte enerji tasarrufu da sağladığı açık” dedi.
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/12/191223122835.htm
(Bilim ve Gelecek.28 Aralık 2019)
