Bilim insanları, mobil cihazlar ve elektrikli araçlarda kullanılan lityum-iyon pilleri geliştirmek için çalışmaya devam ediyorlar. Pil teknolojisinin performansını artırmak için çalışma yapılan alanlardan bir tanesi ise lityum-iyon pillerin anot ve katot bileşimlerin geliştirilmesi.
Lityum-iyon piller, şarj olduktan sonra deşarj olurken elektronlar anot ve katot arasında gidip gelirler. Bugün kullanılan pillerde anot, grafit ve bakırdan yapılıyor. Washington Eyalet Üniversitesi’nden (WSU) bilim insanları, anotta bulunan bu grafit, bakır bileşiminin yerine saf lityum metali kullanmayı denediler.
Araştırmacılardan Kyu Song, saf lityum metalin, bakır-grafit bileşiminden çok daha yüksek enerji yoğunluğu sunabileceğini ve iki kat daha uzun ömürlü olacağını açıkladı. Song, “Lityum metalini doğrudan kullanabilirsek pillerin enerji yoğunluğunu önemli ölçüde artırabiliriz” dedi.
Bununla birlikte WSU’dan bilim insanlarının anot bölümünde saf lityum metali kullanma çabaları, güvenlik sorunları ile karşılaştı. Lityum iyonları, katot ve lityum metalinden oluşturulmuş anot arasında gidip geldiğinde malzemenin yüzeyinde çıkıntılar oluşmasına neden oldu. Lityumda meydana gelen bu çıkıntılar, kısa devreye ve daha sonra yangına sebep oluyor. Çıkıntılar, yangına sebep olmadıkları durumda ise pilin şarjının hızlı bir şekilde bitmesine neden oldu.
Lityumun yüzeyinde ortaya çıkan sorunun ardından bilim insanları, bu sorunu çözmek için alternatifler üzerinde çalışmaya başladılar. Çözüm olarak katot bölümünü gözenekli bir karbon yapısından oluşturduktan sonra içerisine selenyum disülfür isimli kimyasal yerleştirildi. Lityum iyonlarının katot ve anot arasındaki hareketini sağlayan elektrolit çözeltisine ise bir kaç katkı maddesi eklendi.
Bu karışım, lityum metalden oluşan anot yüzeyinin kendiliğinden koruyucu bir tabaka oluşturmasına neden oldu. Bu koruyucu katman, lityum metalinin yüzeyinde oluşan çıkıntıları engelledi. Ekip bu şekilde oluşturulan pili test boyunca 500 kez şarj edebildi.
Pil teknolojisinin geliştirilmesi alanında çalışan bilim insanları, bir başka yol olarak katı elektrolitleri kullanmayı deniyorlar. Katı hal pilleri olarak bilinen bu piller üzerinde MIT ve Avustralya Deakin Üniversitesi’nde yapılan çalışmalar önemli örnekler ortaya çıkardı. Ancak WSU’da gerçekleştirilen anot yerine lityum kullanma deneyi, şu aşamada katı hal pillerinden daha verimli görünüyor.
