Çevremizdeki teknolojinin çoğunu hafife alıyoruz. Örneğin, tüm gün şarj etmeden çalışan telefonlar için mikro bilgisayarlar. Ama telefonun 3-4 gün şarj etmeden çalışmasını istiyorum. Ya da 1000 kilometre gidebilen, birkaç dakika içinde şarj olabilen ve benzinli bir arabadan daha ucuza mal olabilen bir elektrikli araba. Yıllar boyunca katı hal pilleri hakkında çok şey söylendi, ama şimdi işler nasıl gidiyor? Ve daha ne kadar beklememiz gerekiyor? katı hal pilleri cihazlarımızın içinde mi bitiyor?
En son örnek, Kış Olimpiyatları sırasında katı hal akülü bir araba duyuran Toyota'dır. Bugün kullandığımız lityum iyon piller, ne kadar harika olsalar da, katı hal pillerin çözmeye çalıştığı bazı dezavantajlara sahiptir.
Her iki tip de elektrik üretmek için lityum kullanır ve genel yapıları oldukça benzerdir. Basitçe söylemek gerekirse, bir anot (negatif elektrot), bir katot (pozitif elektrot) ve bir elektrolite sahiptirler.
Ana farkları, şarj sırasında iyonların katottan anoda aktarılmasına yardımcı olan ve deşarj sırasında bunun tersi olan elektrolit durumunda yatmaktadır. Başka bir deyişle elektrolit, pilin negatif ve pozitif tarafları arasındaki elektrik akımı akışını düzenler. Lityum iyon piller sıvı elektrolit kullanırken, katı hal piller adından da anlaşılacağı gibi ince katı elektrolit katmanları kullanır.
Katı elektrolitlerin bir takım önemli avantajları vardır:
Solda bir lityum iyon pilin yapısını görüyoruz ve sağda bir katı hal pilinin yapısını görüyoruz.
3. Daha hafif ağırlık ve boyut: Lityum iyon pillerin içindeki sıvı onları daha ağır hale getirirken, katı hal pillerin kompakt yapısı, birim alan başına daha yüksek enerji yoğunluğuna izin verir, bu da daha az pil gerektiği anlamına gelir.
Teoride, evet, ya da en azından işler oraya gidiyor. Aslında, Volkswagen, Toyota, Ford ve BMW dahil olmak üzere birçok otomobil üreticisi bu teknolojiye şimdiden yatırım yapıyor. Ancak pratikte katı hal pillerin hücreleri laboratuvarlarda tek tek üretilip, seri üretime getirilmeleri için - pahalı ve hala yeterince gelişmemiş bir görev.
Hem kararlı, hem kimyasal olarak inert hem de elektrotlar arasında iyi bir iyon iletkeni olacak katı bir elektrolit geliştirmek zordur. Ek olarak, elektrolitlerin üretimi çok pahalıdır ve kullanım sırasında genleşip sıkıştırıldıklarında kırılganlıkları nedeniyle çatlamaya eğilimlidirler. Ama belki de lityum iyon piller giderek daha uygun fiyatlı hale geldikçe bu gerçekleşecek.
Son yıllarda, bu sorunu çözmeyi amaçlayan birçok ilginç çalışma yapılmıştır. MIT araştırmacıları, karışık iyon-elektron iletkenleri (MIEC'ler) ve ayrıca elektronik ve lityum iyon izolatörleri (ELI'ler) geliştirdiler. Nano ölçekli MIEC tüpleri ile üç boyutlu bir hücresel mimaridir. Tüpler anodu oluşturan lityum ile doldurulur. Bu keşfin önemli bir parçası, hücresel yapının, şarj ve deşarj sırasında lityumun genişlemesi ve büzülmesi için alana izin vermesidir. Pilin bu "nefes alması" çatlakları önler. ELI tüplerinin kaplaması, onları katı elektrolitten koruyan bir bariyer görevi görür. Bu, bizi herhangi bir sıvı veya jel ekleme ihtiyacından kurtaran ve dolayısıyla dendritlerden kaçınmamızı sağlayan bir katı hal pilinin yapısıdır.
adlı bir şirket İyon Depolama Sistemleri sıvı elektrolit kullanan modern plastik ayırıcılarla aynı kalınlıkta, yaklaşık 10 mikrometre kalınlığında ultra ince bir seramik elektrolit geliştirdi. Seramik elektrolitin her bir tarafı, direnci azaltmaya yardımcı olan süper ince bir alüminyum oksit tabakası ile kaplanmıştır. Pil prototipi yaklaşık 300 Wh/kg enerji kapasitesine sahiptir ve 5-10 dakikada şarj edilebilir. Karşılaştırma için: modern NCA pilleri yaklaşık 250 Wh/kg enerji kapasitesine ulaşır.
sergide CES Mecedes, bu yıl, tamamen geri dönüştürülebilir bir pile sahip, çevre dostu malzemelerden yapılmış AVTR konsept otomobilini sergiledi. Mercedes Kıdemli Batarya Araştırma Müdürü Andreas Hintennach, bir röportajda batarya teknolojisinin şu anda laboratuvar testlerinden geçtiğini ve 10-15 yıl içinde hazır olacağını belirtti. CATL (Tesla'nın Çinli pil ortağı) da örnek bir katı hal pil geliştirdi, ancak bunun 2030'a kadar piyasaya çıkmayacağını bildirdiler.
Katı hal pillerin sürekli üretimi bekleniyor düzeltilecektir 2025'ten itibaren, ancak başlangıçta otomotiv endüstrisinde değil.
Ayrıca okuyun:
Yorum bırak