Page 9 - ChemLife Sayı 49

9
SEKTÖREL GELIŞMELER www.chemlife.com.tr CHEMLIFE

iyon teknolojisinden daha düşük olma- ğunluklu piller, havaya dayalı bir katot
sıdır. Sonuç olarak, bir grafit anotla iyi kimyasına sahip olabilir. Lityum hava
eşleşmez. Liu, "Voltaj düşük olduğu için pilleri, kükürt gibi anyonik bir elementi
daha fazla şarj depolamanız gerekir, bu taşımak yerine, gerektiğinde havadan
da daha fazla grafite ihtiyacınız olduğu oksijen çeker. Los Angeles, ABD'deki
anlamına gelir" diyor. Sülfür tarafındaki California Üniversitesi'nde araştırmacı
teknik zorluklar devam etmektedir. Bir olan Yuzhuang Li, "Uzun vadeli, çok
sorun, polisülfitleri oluşturan kükürt ve yüksek riskli, yüksek kazançlı pil tek-
lityum arasındaki yan reaksiyonlardır. nolojileri metal-havadır" diyor.
Hill, "Polisülfitler anoda doğru yolunu
bulursa, lityum yüzeyinde dendritler Bu piller, anot tarafında bir lityum me-
oluşturmaya başlarlar" diyor. "Kısa tal elektrokaplama işlemini katotta bir
devreye ve pilinizin sonuna giden yol elektrokatalitik oksijen oluşumu/indir-
budur." geme reaksiyonu ile birleştirir. Li, "Tek
Şekil 1- Birçok farklı pil teknolojisinde- vitesi, anotun her zaman katı elektrolit bir sistemde birbirine eklenmiş iki zor
ki temel sorunlardan biri olan lityum arayüzü (SEI) adı verilen ve elektrolit Hill, bu sorunu ortadan kaldırmak için, sorununuz var ve bu, karmaşıklığı kat-
dendritlerle, lityum florür "sihirli" bir ayrışmasıyla üretilen bir pasivasyon çelişen kimyasal türleri ayrı tutmak için lanarak daha zor hale getiriyor" diyor.
çözüm olabilir. tabakası ile kaplandığı anlamına gelir. anot ve katot arasına yerleştirilen nano
gözenekli zarlar olan geliştirilmiş pil Yeni nesil pil geliştirme için gelecek
Stanley Whittingham'ın 1970'lerin Verimli pil şarjı için lityum florür açısın- ayırıcılar üzerinde çalışıyor. Hill, "Lit- vaat eden yollar hiç eksik değil.
başında lityum pili geliştirmeye yö- dan zengin bir SEI'nin faydalı olduğu yumun ayırıcıdan gerçekten hızlı geç-
nelik orijinal çalışması- bununla 2019 gösterilmiştir. mesini istiyoruz ve aslında başka hiçbir Li, "Deneyimlerime göre, birçok haber
kimya Nobel'ini kazandı - bir lityum şeyin geçmesini istemiyoruz" diyor. medyasının "Bu bir sonraki pil atılımı"
metal anot kullandı. Ancak şimdiye Liu, "Bu büyülü bir bileşik oldu" diyor. dediğini görüyorsunuz, ancak bence
kadar, pratik bir lityum metal pilin zor "İnsanlar bunun, lityumun lityum florür Hill'in araştırma geçmişi, metal-organik zorluk ille de laboratuvar ölçeğinde de-
olduğu kanıtlandı. ile çok zayıf etkileşime sahip olması çerçeveler (MOF'ler) üzerinedir. "Mo- ğil. Laboratuvar ölçeğinde gerçekten
nedeniyle olduğunu söylüyorlar, bu del ayırıcı malzeme olarak, özelliği ve iyi çalışan tek hücreli piller ile gerçek
Bir lityum metal pilin şarj edilmesi ve nedenle pasivasyon tabakası onu ya- davranışı anlamak için MOF'leri kullan- ölçekli bir pil paketi arasındaki boşluğu
boşaltılması, temelde bir elektrokim- vaşlatmıyor." Lityum atomunun hızlı maya çalıştık ve ardından bunu ucuz, kapatmak için çok daha fazla desteğin
yasal lityum kaplama ve sıyırma işle- hareketi, dallanan dendrit sivri uçlarıyla çok ölçeklenebilir, hazır malzemelere sağlanması gerektiğini düşünüyorum"
midir. Ama kusurludur. Liu, "Herhangi kaplı bir yüzey yerine pürüzsüz, düz bir dönüştürdük" diyor. Ekip, gözenek diyor.
bir galvanik kaplamada olduğu gibi, ku- anot yüzeyinin oluşmasına izin verir. boyutunu ve yükünü kontrol ederek
sursuz bir şekilde pürüzsüz bir lityum küçük pozitif lityum iyonlarının kolay Ayrıca Li, dünya çapında günümü-
yapıyı kaplamayı garanti edemezsiniz" Ancak geleneksel görüşe göre, lityu- geçişine izin verirken daha büyük, ne- zün lityum iyon teknolojisine dayalı
diyor. "Ve lityumu çıkardığınızda, aynı mun kaplandığı yüzey yüksek oranda gatif yüklü Lityum kükürt pillerle ilgili pil 'Gigafactories' kurulmasının yeni
şekilde çözülmez. Birkaç yeniden şarj litofilik olmalıdır, böylece lityum ya- ek bir komplikasyon, pilin boşalması teknolojilerin ortaya çıkmasını zorlaş-
döngüsünde, bir lityum bloğu bir sün- pışmayı sever. Liu, "Bir şekilde, lityum sırasında kükürt lityumu emdiğinde tırabileceğini de sözlerine ekliyor. "Bu
gere benzemeye başlayabilir. Lityum kaplamada yer alan iki arayüz için farklı yaklaşık %80 oranında şişmesidir. Bir kadar büyük bir altyapı yatırımınız var,
elektrolitte çok reaktiftir, bu nedenle bir gereklilik getirdik" diyor. Lityum, iti- kükürt levhası birkaç döngüden sonra bu nedenle teknolojiniz tüm bu pahalı
yüzey alanı ne kadar yüksekse, reak- ci lityum florür açısından zengin SEI'de parçalanır; daha elastik bir malzeme ekipman parçalarıyla iyi bir şekilde en-
tivite o kadar yüksek olur ve lityum hızlı hareket etmeli, ancak daha sonra gereklidir. Hill, "Kükürt nanopartikülle- tegre etmeliyiz."
kaybetmeye başlarsınız" diye ekliyor. basitçe yapışmak istediği bir alt tabaka rini bir arada tutmak için esnek bağlayı-
ile karşılaşmalıdır. cılar kullandığımız bir tür örümcek ağı( Ancak Hill için, çeşitli uygulamalar için
Whittingham'ın lityum pil konseptinde polisülfitleri bloke eden düşük maliyet- pillere olan talebin hızla artması, yeni
ki sorun, ancak karbon bazlı anotların OLUMLU DÜŞÜNMEK li karbon bazlı ayırıcı malzemelerden nesil pil geliştirmenin nasıl sonuçlana-
piyasaya sürülmesiyle önlendiğinde oluşan) geliştirdik ve ardından katot cağı konusunda önemli bir husustur.
ticari gerçeklik haline geldi. Liu, "Gra- Kükürt kadar, alternatif katot kimyasal- dağılmadan şişip büzülebilir" diyor. "Her zaman ölçekte kullanılan bir dizi
fitten lityuma geçtiğimizde, gerçekten ları da araştırılıyor. Hill, "Maliyet, teda- farklı pil kimyamız oldu- kurşun asit,
zor olan birçok zorluğu geri davet edi- rik ve etik sorunları olan nikel, kobalt Liu'nun laboratuvarında esnek kükürt nikel, lityum-iyon kullandık, hepsi bir
yoruz" diyor. ve manganezi ortadan kaldırıyoruz ve katotları da geliştirilme aşamasında- arada var" diyor.
bunun yerine temelde tüm dünyada dır. Liu, "Benimsediğimiz yaklaşımlar-
Diğer bir araştırma alanı da elektroliti bulunan bir atık ürün olan kükürdü ko- dan biri, kükürdü konjuge bir polimer Kaynak: https://www.chemistrywor-
lityuma daha az sıkı bağlayacak ve daha yuyoruz" diyor. "Bu bize birçok sürdü- omurgasına tutturmak," diyor. "Bunu ld.com/
kolay plakadan çıkmasını sağlayacak rülebilirlik iyileştirmesi sağlıyor, ancak yapmak için, endüstriyel bir tekstil
şekilde değiştirmeye odaklanmıştır. aynı zamanda bu pillerin performansı öncüsü olan poliakrilonitril karışımını
Başka bir yön de delikli elektrodu iyi- potansiyel olarak çok daha iyi." elemental kükürt ile ısıtıyoruz."
leştirmek için basınç gibi dış kuvvet
kullanmak olmuştur. Liu, "Lityum çok Bir katı için kükürt çok hafif bir anyo- Yaklaşık 350°C'de, pahalı olmayan
yumuşaktır, bu yüzden çok iyi plaka- nik elementtir. Hill, "O kadar hafifler başlangıç malzemeleri, sülfür içeren
lamasanız bile bazen ona şekil verebi- ki, birim kütle başına çok daha fazla akrilonitrilin hidrojenini giderdiğinde,
lirsiniz," diyor. performans elde ediyorsunuz. Ağırlı- polipiridin tipi bir omurgaya sahip
ğın önemli olduğu ve ayrıca maliyetin elektronik olarak iletken bir polimer
Liu'nun laboratuvarında yaptığı son önemli olduğu durumlarda gerçekten oluşturmak üzere reaksiyona girer.
çalışma, lityum plakaların üzerine otur- çekici” diyor.
duğu yüzeye odaklanmıştır. Lityum HAVA KADAR HAFIF
kaplama iki arayüz içerir: anot yüzeyi Sülfürün bir dezavantajı, 2V civarında-
ve elektrolit. Lityumun yüksek reakti- ki deşarj voltajının günümüzün lityum Teorik olarak, nihai yüksek enerji yo-