Günümüzde pil teknolojilerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır ve bu doğrultuda çalışmalar yürütülmektedir. Bu gelişmenin önemli parçalarından birisi de lityum iyon pillerdir. Lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunluğuna sahip olduğu için daha fazla enerji depolayabilmektedir. Bu pillerin avantajı olduğu kadar dezavantajları da vardır. Araştırmacılar, pil teknolojisinde yaşanan zorlukları inceledikten sonra bu sorunlara çözüm aramaya başlamışlardır. Katı hal lityum pillerin verimi artırılıp, performansının geliştirilmesi hedeflenmiştir.
Lityum piller yüksek enerji yoğunluğuna sahip fakat bu yoğunluktan dolayı yanma ve patlama riski taşımaktadır. Bu sebeple atık lityum piller güvenli değildir ve geri dönüştürülmeleri gerekmektedir.
Araştırmacılar, Lityum Batarya Geri Dönüşümünü yapmak için hem güvenli hem ekonomik yöntem buldular. Kullanılmayan (atık haline gelmiş) lityum metal anotlarını asetonda, kendi kendine ilerleyen bir tepkime kullanarak %99,79 saflıkta lityum karbonata dönüştürdüler. Bu saflık yüzdesi, endüstri standartlarından oldukça yüksektir. Geri kazanılan lityum karbonat ise yeni katot malzemeleri üretmek için kullanılmıştır. Bu sayede sürdürülebilir teknolojinin gelişimi destekleniyor. Örnek olarak, yenilenebilir enerji depolama, elektrikli araçlar, elektronik cihazlar vb. uygulamalar örnek olarak verilebilir.
Yapılan çalışmalar sonucu, şarj edilebilir lityum metal pilleri sürdürülebilir şekilde geliştirmenin yanı sıra, bu yöntem yeni nesil pillerin geri dönüşümü için de yeni bir bakış açısı oluşturmaktadır.1
Katı hal pillerin tasarımının gelişim sürecinde, Halojenür katı hal elektrolitlerin iyon iletkenliği yüksek olduğu için lityum pillerde kullanılmak istenmektedir fakat uygulamaya geçildiğinde bazı olumsuz durumlar ortaya çıkmaktadır. Bu durumlardan birisi katı elektrolitlerin, lityum-metal anotlarla uyum sağlayamamasıdır.
Lityum metalinin aktifliği çok yüksektir. Halojenür (örneğin Li₃InCl₆, Li₃YCl₆ vb.) katı elektrolitlerle temas halinde olduğunda tepkimeye girer. Bu tepkimelerin sonucunda elektrolitin yüzeyinde iletime engel olan bir ara tabaka oluşumu gözlenmektedir. İyon geçişi sağlanamaz ve bunun neticesinde pilin kapasitesinde azalma görülmektedir. Aynı zamanda kısa devre ve yangın riski gibi tehlikelere de yol açmaktadır. Bu uyumsuzluğu gidermek için ara katman kullanılıyor ama bu da ekonomik açıdan olumsuz etkilemektedir.
Yapılan araştırmalar sonucu demirin yapısal uygunluğu sebebiyle bu soruna çözüm olabileceği saptanmıştır. Araştırmacılar, lityum indiyum klorüre demir katkısı yaparak yeni malzeme geliştirdiler. Böylece ara katman kullanılmadan uyumsuzluğu engellemeyi başardılar.
Yeni geliştirilen malzemeye yapılan testlerde elde edilen verilere göre:
- Pilin dayanıklılık ve iyon iletkenliği artışı kanıtlanmıştır.
- Pil 300’den fazla şarj ve deşarj döngüsüne sokulduktan sonra çalışma kapasitenin %80’ine hala sahip olduğu gözlenmiştir.
- Simetrik hücreler (iki elektrodu aynı olan test hücreleri) 500 saatten uzun süre çalışabildiği gözlemlenmiştir.
Bu sonuçlar alanında ilk kez görülen bir başarıyı göstermektedir. Böylece demir eklentisi ile daha güvenli, yüksek performansa sahip halojenür bazlı katı hal elektrolitlerin geliştirilmesi sağlanmıştır.1
Kaynaklar