Günümüz bataryalarının büyük bir kısmı lityum iyondan oluşuyor. Arabalar, akıllı telefonlar ve daha nice yerde bu bataryalar bizim ihtiyacımızı karşılıyor. Ancak artık yetersiz kalmaya başladılar. İhtiyaçlarımız, daha küçük, daha hafif, daha uzun ömürlü ve çok daha verimli bataryalara sahip olmamız gerektiğini gösteriyor.
Ayrıca lityum iyon bataryalar aşırı yükleme durumlarında yanma tehlikesiyle hayatlarımızı tehdit ediyor. Eğer şu sıralar Columbia Üniversitesi’nde geliştirilen ve “geleceğin batarya teknolojisi” olarak lanse edilen malzemeler standartlaşırsa, lityum iyon bataryalar tüm sorunlarıyla tarih olacaklar.
Araştırmacılar, henüz laboratuvar ortamında geliştirilen yeni nesil katı hal bataryaların, lityum iyon bataryaların yerine geçeceğini öngörüyorlardı. Bunun katı hal bataryaları üzerinde biraz daha çalışman ve son kullanıcıya uygun hale getirmek gerekiyordu.
Yapılan son çalışmada ise nano boyutlarda bor nitrür kaplama kullanıldı. Sonuçta lityum iyon bataryalardan 10 kat daha yüksek kapasiteli bir batarya elde edildi:
10 kat daha yüksek kapasite demek; üretilen yeni bataryanın, aynı boyutlardaki lityum iyon rakiplerine kıyasla 10 kat daha uzun süre kullanılabileceği anlamına geliyor. Yani her gün telefon şarj etmek yerine ortalama 10 günde 1 şarj telefonunuzu ettiğinizi düşünün.
Üstelik bunlara ek olarak katı hal bataryalarında seramik elektrolitler kullanıldığı için yanma, patlama riski de bulunmuyor.
Aslında katı hal bataryalar yeni bir fikir değil:
Malzeme bilimi oldukça çetrefillidir. Tasarım güvenliği yüksek düzeyde ve maliyetler de olabildiğince az olmalıdır ki teknolojiler son kullanıcıya seri üretimle sunulabilsin.
Lityum iyon piller daha yüksek kapasiteler için sıvı elektrolitlerin geliştirilmesi gerekiyor. Daha küçük alanda daha yüksek kapasiteye ulaşmanın ise bir sınırı var. Nitekim söz konusu sıvı yanıcı olduğundan, basınç ve ısı birikimiyle bataryalar aniden alev alıp patlayabiliyor. Mevcut bataryaların çoğunda grafit maddesi kullanılarak risklerin önünde geçilse de sorunlara kalıcı çözüm bulunamıyor.
Katı hal bataryalarının en büyük sorunu ise katı oldukları için lityum iyon pillere kıyasla daha zor stabile edilmeleri. İşte yapılan son araştırma da bu sorunu bor nitrür kaplama ile çözüyor. Sadece 5 ila 10 nanometrelik bir bor nitrür filmi, lityum metaliyle iyonik iletkeni izole ediyor. İki farklı katın bor nitrür tabakası ile birbirinden yalıtılması, kısa devreyi önlüyor ve dendrit birikiminin önüne geçiyor. İşlem sırasında aynı zamanda az miktarda sıvı elektrolit de kullanılıyor. Bor nitrür katmanında ise lityum iyon bölümün şarj ya da deşarj olmasını sağlayan bilinçli kusurlar bulunuyor.
Yapılan çalışmalarla yanma tehlikesi daha az ve yüksek performanslı bir teknoloji geliştirilmiş oldu. Araştırmalar elde edilen sonuçların detaylandırılarak, zamanla üretimi ucuzlatmaya ve sürekli kılmaya çalışacaklar.
Yapılan bilimsel tahminlere göre katı hal bataryaları, sıradan bataryalarımıza göre 6 kata kadar daha hızlı şarj olabilecek, enerji yoğunlukları 2 ila 10 kat arasında artabilecek, 10 yıla kadar kullanım ömrü sunacak ve yanma riski sıfıra yaklaşacak.
