Elektronik Cihazların Can Damarı Lityum-Iyon Piller ve Alternatifleri

Lityum-iyondan önce ne vardı?

Lityum-iyon pillerden önce nikel-kadmiyum (Ni-Cd) piller vardı. Pekii neden nikel-kadmiyum piller terk edildi? Pilin içerisindeki elektrolit denilen sıvı doğaya zarar veriyordu ve bu pillerin tekrar şarj olma potansiyelleri çok iyi değildi, mesela tam boşalmadan şarj edildiklerinde şarj kapasitelerinde kalıcı olarak azalma meydana geliyordu ya da tam olarak şarj olmadan kullanıldıklarında yine aynı şekilde kapasitelerinde kalıcı kayıp oluyordu.

Lityum-iyon piller ilk ne zaman kullanıldı?

İlk olarak 1912’de Gilbert N.Lewis tarafından keşfedilen lityum-iyon pilin şarj edilebilir hale gelmesi için 1970’lere kadar beklemek gerekti. 1991’de ise Sony tarafından ilk kez ticari olarak satılmaya başlandı. 

Lityum-iyon piller nasıl çalışır?

Lityum-iyon pil aralarında elektrolit olarak adlandırılan bir çözelti bulunan katot (+), anot (-) ve ayırıcı plaka üç temel kısımdan oluşur. Pil şarj edildiğinde elektrikle yüklenen lityum atomları karbon kısımda toplanır. Pil kullanılırken ise bu hareket ters yöne doğru gerçekleşir ve elektrik üretilir. Bu döngü sayesinde elektrik enerjisi depolanıp gerektiğinde kullanılabilir. Lityum-piller tam boşalmadan şarj edilebilir ya da tam şarj olmadan çıkarılıp kullanılabilir, bu şekilde kullanım pilin kapasitesini olumsuz etkilemez.

Lityum-iyon pillerin zayıf yönleri neler?

Yüksek sıcaklık lityum-pillerin en büyük düşmanı, Superman için Kriptonit neyse lityum-piller için de sıcaklık aynı şey desek yanlış olmaz. Yüksek sıcaklık kadar çok düşük sıcaklıkları da sevmez bu piller, en ideal çalışma sıcaklık aralığı 0-35 derece aralığıdır. Pek çok kimsenin başına gelmeden önce bilmediği ama yaygın olan bir diğer zaafları ise zaman; boş kapasitede uzun süre kullanılmadıkları zaman şarj olma özelliklerini malesef kalıcı olarak kaybedebilirler. Bu durumdan kaçınmak için cihazlarınızı uzun süre kullanmayacaksanız saklayıp bir kenara koymadan önce mutlaka en az %70 civarında şarjlı olduğundan emin olmak ve 32 derecenin altında serin kuru bir yerde saklamak yerinde bir davranış olur.

Lityum-iyon piller gerçekten patlıyor mu?

“ısıl sürüklenme” olarak adlandırılan, ısınan pilin cihazı ısıtması, ısınan cihazın pilin ısıtması, ısınan pilin cihazı daha çok ısıtması,.. döngü neticesinde pil patlayabilir. Pek çok nedeni olabilir, en yaygın olanlar şu şekilde:

• Pilin içerisindeki negatif ve negatif kutupları birbirinden ayıran yalıtkandaki aşınmalar pilin kısa devre yapmasına neden olarak ısısını yükseltir
• 60 dereceden yüksek ortam ısısı
• Çok sık şarj etmek
• Pile sert fiziksel darbe   

Lityum-iyon yerine başka neler kullanılabilir?

Gelecekte lityum-iyonun yerini alabilecek 4 potansiyel madde var: Sodyum, Florid, Magnezyum ve Amonyak. Kısaca bu alternatiflere bakalım.

Sodyum

Deniz suyundan bolca edilebilmesi ile öne çıkıyor. Ancak sodyum iyonları lityum iyonlarına göre çok daha büyük olmaları ve enerji depolama yoğunluğunun lityuma göre daha az olması nedeniyle küçük boyutlarda üretmekte sıkıntı yaratıyor

Florid

Lityumdan 8x kat daha fazla enerji depolama potansiyeli var. Ancak floride yüksek depolama kapasitesi veren anyon temelli bir madde olması onun aynı zamanda en büyük dezavantajı, çünkü oldukça reaktif olması nedeniyle stabil olarak tutmak oldukça sıkıntılı. Aralık 2018’de bir araştırma ekibi floridi oda sıcaklığında stabil tutmayı başardıklarını açıklamıştı, potansiyeli yüksek ama yakın zamanda lityum-iyon pillerin yerini alabilmesi çok mümkün gözükmüyor

Magnezyum

Hem lityumdan daha yaygın olarak elde edilebilir olması hem de lityumu tehlikeli yapan yanıcı özelliğinin olmaması nedeniyle dikkat çeken bir madde. Ancak enerji depolama potansiyeli yıllardır lityum-iyon pilleri yakalayamadığı için popüler olamadı. Yine Aralık 2018’de bir araştırma grubu elektrolit sıvısı olarak yaygın olarak kullanılan kloridin düşük enerji depolama kapasitesindeki asıl neden olduğunu keşfetti. Elektrolit sıvısının kloid içermeyen bir versiyonu, özel formüle edilmiş bir katot ve magnezyum temelli bir anot ile şu ana kadar erişilememiş bir depolama kapasitesine sahip magnezyum pil yapmayı başardılar. Aynı başarıyı ticari bir ürün olarak görebilir miyiz bilmiyorum, bunu zaman gösterecek

Amonyak

Yakın zamanda elektronik cihazlardaki lityum-pillerin yerine geçebilecek bir pil teknolojisi değil, ancak otomobillerde kendine kullanım alanı bulması çok daha muhtemel. Daha çok “yakıt pili” olarak adlandırılan, amonyaktan elde edilen hidrojenin oksijen ile elektrokimyasal tepkimeye girmesi ile enerji üretmeye dayalı bir teknoloji.