Şarj Edilebilir Pillerin Sırları: Enerji Kaybının Gizemi
Günümüzde hemen her cihazda, dizüstü bilgisayarlardan cep telefonlarına kadar, şarj edilebilir pilleri görmekteyiz. Ancak bu piller, şarj olsalar da sonsuz bir ömre sahip değiller. Zamanla kapasiteleri düşer ve bu da kullanıcıları düşündürmeye iter. Yeni bir çalışma, bu düşüşün ardındaki sebep ve süreçlere ışık tutuyor.
Bir lityum iyon pilin içinde, iki ana elektrot bulunur: anot ve katot. Bu elektrotlar, lityum iyonlarını depolamak için tasarlanmıştır. Pilin içindeki elektrolit, bu iyonların anottan katoda hareket etmesini sağlar. Bu hareket, yük oluşturan elektronların salınmasına yol açan karmaşık bir kimyasal zinciri tetikler. Ancak, Stanford Üniversitesi’nden bir ekip, bu süreçte lityum iyonlarıyla birlikte katoda doğru hareket eden bazı istenmeyen maddelerin de varlığını ortaya koydu.
Bu araştırmaya göre, hidrojen protonları ve elektronları, elektrolit içindeki moleküllerden ayrılarak katotta birikmekte ve bu durum, lityum iyonlarının yükü verimli bir şekilde iletmesini engellemektedir. Sonuç olarak, bu birikim pillerin enerji depolama yeteneğini ciddi anlamda azaltıyor.
Bir dizi kimyasal reaksiyon, bu hidrojen sızıntısının sürekli olarak devam etmesine neden oluyor. Stanford Üniversitesi’nde fizikçi ve kimyager olan Gang Wan, pillerin kullanılmadıkları zamanlarda bile enerji kaybettiğini belirtiyor. Wan ve ekibi, bu kaybı anlamak amacıyla hidrojeni incelemek yerine, hidrojenin daha büyük bir versiyonu olandöteryumu kullanmak durumunda kaldı. Döteryum, hidrojenin tek protonuna ek olarak bir nötron barındıran bir izotoptur.
Döteryumu pilin içindeki hareketini takip ettiler. Ekip, kütle spektrometrisi ve X-ışını görüntüleme analiz tekniklerini kullanarak, döteryumun pil içerisindeki hareketini izledi ve hidrojenin pil şarjının azalmasındaki etkilerini belirledi. Çalışma, belki de daha önemli bir şekilde, bu sızan hidrojen moleküllerini üreten istenmeyen kimyasal değişiklikleri hedef alarak pillerin performansını artırmanın yollarını gösteriyor.
Ancak, pil tasarımcılarının daha güçlü piller üretme çabaları sırasında katotların hidrojeni çekme yeteneğini arttırarak pil ömrünü kısaltmış olabilecekleri de öne sürülüyor. Bu durum, bazı tasarım değişikliklerinin gerekliliğini ortaya koyuyor. Elbette, bu tür çalışmalarda her zaman olduğu gibi, sorunun piller genelinde ne kadar yaygın olduğunun belirlenmesi için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.
Eğer bu sorun düşündüğümüz kadar yaygınsa, pil tasarımlarında yapılacak iyileştirmeler yalnızca cihazlarımızın daha uzun süre çalışmasını sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda sınırlı maden kaynaklarının daha verimli kullanılmasına da katkıda bulunacak.
Çalışma, Science dergisinde yayınlandı.
