Pil teknolojileri, ekonomilerimizi ve enerji sistemlerimizi karbondan arındırmamıza yardımcı olacak yeni yollar geliştirmek isteyen yenilikçiler için önemli bir odak noktasıdır. Elektrikli araçlar, içten yanmalı motor öncüllerinden devralacaksa, ikincil (şarj edilebilir) piller, bir benzin veya dizel deposunun sağladığı rahatlığı ve menzili çoğaltabilmelidir. Benzer şekilde, ikincil piller ve şebeke ölçeğinde enerji depolama, fosil yakıt yakan elektrik santrallerinin, aralıklı olarak elektrik üretebilen ve talebe göre kolayca açılıp kapatılamayan yenilenebilir enerji santralleriyle değiştirilmesini sağlamada rol oynamaktadır. Bu fırsatı gelecekte pil performansında iyileştirmelerin gelebileceği bazı alanları vurgulamak için kullanıyoruz. Bu yeni teknoloji, bu alandaki fikri mülkiyet haklarının korunması konusunu da beraberinde getirmektedir.
Lityum-iyon pil, günümüz tüketici elektroniği ve elektrikli araçların sağlam bir parçasıdır. Bir lityum iyon pil iki elektrottan (bir anot ve bir katot) oluşur. Elektrotların her biri, malzemelerin yapılarındaki katmanlar arasında lityumu tersinir şekilde depolayabilen malzemelerden yapılmıştır. Pil ayrıca lityum iyonlarının içinden geçebileceği bir elektrolit ve elektronların pilin içindeki elektrotlar arasında hareket etmesini önleyen bir ayırıcı içerir.
Bir lityum iyon pil kullanıldığında, lityum anotta oksitlenir. Bu, pilin dışındaki bir devre boyunca hareket eden ve istenen akımı üreten elektronlar üretir. Bu arada oksitlenmiş lityum iyonları, pilin içinde elektrolit yoluyla katoda doğru hareket eder. Katotta, dış devredeki elektronlarla yeniden birleşirler ve indirgenirler. Sonunda anotun oksitlenmesi için lityum bitecek ve tekrar kullanılmadan önce pilin şarj edilmesi gerekecektir. Şarj işlemi tersten aynıdır: şarj cihazı, lityumun katotta oksitlenmesi için aküye akım uygulayacaktır. Katotta üretilen iyonlar daha sonra pilin içinden geçerek anottaki lityum depolarını doldurur, böylece pil tekrar kullanılabilir.
Lityum pil teknolojisinin dezavantajları arasında, lityum metalin pil içinde, ayırıcıya zarar verecek ve kısa devreye neden olacak şekilde elektrolitte büyüyebilen dal benzeri “dendrit” yapılar oluşturma olasılığı yer alır. Mevcut lityum iyon pillerdeki en yaygın elektrolit türü de oldukça yanıcı olmaktan mustariptir. Polimer elektrolitlerin dendrit oluşumuna daha dirençli olması ve katı hal elektrolitlerinin sıvı elektrolitin yanıcılığı sorununu ele almasıyla bu sorunları çözmek için yeni elektrolit malzemeleri geliştirilmektedir.
Katı hal lityum piller, yalnızca kafes katmanları arasında interkalasyonlu lityum depolayan malzemeler yerine katı bir lityum metal anot kullanma olasılığı nedeniyle özellikle ilgi çekicidir. Lityum anot ile birleştirilmiş katı hal elektroliti, enerji yoğunluğu ve yangına dayanıklılıkta çarpıcı bir gelişme sağlamanın yanı sıra daha hafif ağırlık ve daha hızlı şarj süreleri sağlayabilir. Bununla birlikte, lityum anotta dendrit oluşumunu önlemek bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Lityum iyon pilleri geliştirmek için yapısal değişiklikler yapmanın yanı sıra, gelecek vadeden yeni pil teknolojileri, farklı kimyalara sahip olanları da içeriyor. Lityum-kükürt piller, anotta lityum-iyon pillerle benzer bir kimyaya sahiptir (yani deşarj sırasında lityum iyonları ve elektronlar üretmek için lityumun oksidasyonu). Bununla birlikte, katotta lityum iyonları, harici devreden gelen elektronlar tarafından indirgenmezler. Bunun yerine, katottaki kükürt indirgenir, bu da lityum iyonlarıyla reaksiyona girerek lityum sülfürler oluşturur. Lityum kükürt piller, yüksek teorik enerji yoğunluğuna sahip oldukları ve kükürtün bol, hafif ve çevre dostu olduğu için çekicidir.
Lityum-hava pilleri yine anotta lityum oksidasyonunu kullanır, ancak katotta oksijen azalır ve lityum peroksit oluşur. Lityum-hava pilleri, bir kilo lityum başına etkileyici miktarda enerji depolayabilir, ancak teknoloji hala nispeten erken bir aşamadadır ve lityum-hava pillerinin verimliliği ve yaşam döngüsü özelliklerinin gereksinimleri karşılaması için önemli ilerlemelere ihtiyaç vardır.
Yukarıdaki tüm pil türleri, anotta lityumun oksidasyonuna dayanır. Diğer lityum olmayan kimyalar arasında sodyum-iyon, potasyum-iyon ve alüminyum-iyon piller bulunur. Lityum gibi, sodyum ve potasyum da periyodik tablonun I. Grubunun üyeleridir ve üç element birçok özelliği paylaşır (tek bir pozitif yük ile iyon oluşturma yeteneği dâhil). Sodyum-iyon ve potasyum-iyon piller bu nedenle mevcut lityum-iyon pillere benzer, ancak lityumun yerini sodyum veya potasyum alır. Anahtar avantajları, lityum ile karşılaştırıldığında daha fazla bolluk ve daha düşük sodyum ve potasyum maliyetidir. Ek olarak, sodyum iyon piller, katotta kobalt, bakır ve nikel gibi metallerin kullanımını önleyebilir ve potasyum iyon piller, lityum bazlı muadillerine göre daha hızlı şarj etme yeteneğine sahip olabilir.
Alüminyum ise periyodik tablonun III. Grubunun bir üyesidir. Alüminyum iyon pilin anotunda alüminyumun oksitlenmesi bu nedenle her alüminyum iyonu için üç elektron üretir ve bu da daha fazla enerji depolama kapasitesi sağlar. Bununla birlikte, mevcut alüminyum iyon piller, bu alternatif kimyanın mevcut lityum iyon teknolojilerine uygun bir alternatif olması için iyileştirilmesi gereken zayıf elektrokimyasal performanstan mustariptir.
Özetle, mevcut pil teknolojilerini geliştirmek için keşfedilen çok sayıda umut verici yol olduğu açıktır ve yeni nesil piller, net sıfıra ulaşmanın önemli bir parçası olacaktır. Bu süreç içerisinde ürettiğiniz yeni nesil pillerin koruması sizler için önemli olacaktır. Böyle bir teknolojideki fikri mülkiyet haklarınızı mutlaka koruma altına almalısınız. Alanında uzman bir patent vekili ile çalışmak her zaman doğru olacaktır.
Firmaların En Değerli Varlığı olan Fikri Mülkiyet Haklarının Korunması için Çalışıyoruz. EFOR PATENT ile Tescilleyin Sizin Olsun ®
