Lityum iyon piller neden soğukta iyi çalışmıyor? Bir pil araştırmacısı açıklıyor

Lityum iyon piller neden soğukta iyi çalışmıyor? Bir pil araştırmacısı açıklıyor

Şarj edilebilir piller, akıllı telefonlardan elektrikli araçlara kadar enerji depolamak ve elektronik cihazlara güç sağlamak için mükemmeldir. Ancak soğuk ortamlarda şarj edilmeleri daha zor olabilir ve hatta alev alabilirler.

Üniversiteden beri pillerle ilgilenen bir makine mühendisliği profesörüyüm. Şu anda Drexel Üniversitesi'nde bir pil araştırma grubuna liderlik ediyorum.

Sadece son on yılda, üretim pazarının büyümesiyle birlikte lityum iyon pillerin fiyatlarının düştüğünü gördüm. Gelecek projeksiyonları, pazarın 2030 yılına kadar yılda binlerce GWh'ye ulaşacağını öngörüyor; bu önemli bir artış.

Ancak lityum iyon piller mükemmel değil; bu artış, soğuk havalarda yavaşlama ve hatta alev alma eğilimi gibi riskleri de beraberinde getiriyor.

Li-ion pilin arkasında

Pillerdeki elektrokimyasal enerji depolama, elektriği iyon şeklinde depolayarak çalışır. İyonlar, çok fazla veya yeterli sayıda elektrona sahip olmadıkları için sıfırdan farklı yüke sahip olan atomlardır.

Elektrikli arabanızı veya telefonunuzu fişe taktığınızda, prizin sağladığı elektrik, bu iyonları akünün pozitif elektrodundan negatif elektroduna doğru yönlendirir. Elektrotlar, bir pildeki iyonları depolayabilen katı malzemelerdir ve tüm pillerde hem pozitif hem de negatif elektrot bulunur.

Elektronlar aküden elektrik olarak geçer. Bir elektroda geçen her elektronla aynı elektroda bir lityum iyonu da geçer. Bu, pildeki şarj dengesini sağlar. Arabanızı sürerken negatif elektrotta depolanan iyonlar pozitif elektrota geri döner ve ortaya çıkan elektrik akışı motora güç verir.

AA veya AAA piller küçük elektronik cihazları çalıştırabilirken, yalnızca bir kez kullanılabilir ve şarj edilemezler. Şarj edilebilir Li-ion piller binlerce kez tam şarj ve deşarjla çalışabilir. Ayrıca her döngüde AA veya AAA pillerden çok daha yüksek miktarda şarj depolayabilirler.

Lityum en hafif metal olduğundan, yüksek bir spesifik kapasiteye sahiptir, bu da ağırlık başına çok büyük miktarda şarj depolayabileceği anlamına gelir. Bu nedenle lityum iyon piller yalnızca taşınabilir elektronik cihazlar için değil, aynı zamanda elektrikli arabalar gibi sınırlı ağırlık veya hacime sahip ulaşım modlarına güç sağlamak için de kullanışlıdır.

Pil yanıyor

Ancak lityum iyon piller, AA veya AAA pillerin sahip olmadığı risklere sahiptir. Birincisi, alev alma olasılıkları daha yüksektir. Örneğin, New York City'de bildirilen elektrikli bisiklet aküsü yangınlarının sayısı son beş yılda 30'dan neredeyse 300'e çıktı.

Pek çok farklı sorun pilin yanmasına neden olabilir. Kötü üretilmiş hücreler, üretim sürecinden geride kalan eser miktardaki yabancı maddeler veya parçacıklar gibi dahili arıza riskini artıran kusurlar içerebilir.

İklim aynı zamanda pilin çalışmasını da etkileyebilir. Elektrikli araç satışları ABD genelinde, özellikle de soğuk sıcaklıkların pil performansını engelleyebileceği Kuzeydoğu ve Ortabatı gibi soğuk bölgelerde arttı.

Piller elektrolit adı verilen sıvılar içerir ve soğuk sıcaklıklar sıvıların daha yavaş akmasına neden olur. Yani pillerdeki elektrolitler soğukta yavaşlayıp kalınlaşarak içerideki lityum iyonlarının daha yavaş hareket etmesine neden oluyor. Bu yavaşlama, lityum iyonlarının elektrotlara düzgün şekilde yerleşmesini engelleyebilir. Bunun yerine elektrot yüzeyinde birikerek lityum metali oluşturabilirler.

Şarj sırasında elektrot yüzeyinde çok fazla lityum birikirse dahili kısa devreye neden olabilir. Bu işlem pilde yangına neden olabilir.

Daha güvenli piller yapmak

Araştırma grubum ve diğer pek çok kişi, soğukta daha verimli çalışan pillerin nasıl yapılacağı üzerinde çalışıyor.

Örneğin araştırmacılar, normal akü elektrolitini değiştirmeyi ve onu soğuk sıcaklıklarda kalınlaşmayan alternatif bir elektrolitle değiştirmeyi araştırıyorlar. Diğer bir potansiyel seçenek ise şarj işleminin daha sıcak bir sıcaklıkta gerçekleşmesi için şarj etmeden önce pil paketini ısıtmaktır.

Grubum ayrıca lityum iyonun ötesinde yeni pil türlerini de araştırıyor. Bunlar, daha geniş sıcaklık aralıklarında daha stabil olan pil türleri, sıvı elektrolitleri hiç kullanmayan türler veya lityum yerine sodyum kullanan piller olabilir. Sodyum çok bol bir kaynak olduğundan, sodyum iyon piller iyi çalışabilir ve maliyeti daha düşük olabilir.

Katı hal piller, yanıcı olmayan katı elektrolitler kullanır ve bu da yangın riskini azaltır. Ancak bu piller Li-ion piller kadar iyi çalışmıyor, dolayısıyla bunların iyi bir seçenek olup olmadığını anlamak için daha fazla araştırma yapılması gerekecek.

Lityum-iyon piller, ülke genelinde insanların her gün kullandığı güç teknolojilerini kullanıyor ve bu alanlardaki araştırmalar, bu teknolojiyi tüketici için daha da güvenli hale getirecek çözümler bulmayı amaçlıyor.

Kaynak: CBS News