Elektronik cihazlarımızın vazgeçilmezi haline gelen lityum iyon pillerin ömrü kısalıyor olabilir. Bilim insanları, sodyum iyon pillerde yaptıkları önemli bir atılımla, bu pillerin hem daha hızlı şarj olabileceğini hem de daha güvenli bir alternatif sunabileceğini belirtiyor.
Günümüzde kullanılan çoğu cihazda lityum iyon piller bulunuyor. Ancak yeni geliştirilen sodyum iyon piller, geleneksel pillere kıyasla daha yüksek enerji yoğunluğu, daha hızlı şarj imkanı ve güvenlikte iyileştirmeler sunuyor. Tokyo Bilim Üniversitesi'nden araştırmacılar, yeni bir karbon bazlı elektrolit kullanarak sodyum iyon pillerin enerji yoğunluğunu ve şarj hızını artırmayı başardı.
Sodyum iyon piller, stabiliteleri ve düşük maliyetleri nedeniyle lityum iyon pillere alternatif olarak uzun süredir araştırılıyor. Ancak bu teknolojinin ilerlemesinin önünde bazı engeller bulunuyordu.
Tüm piller, akımın cihaza girip çıkmasını sağlayan iki elektrot olan anot ve katottan oluşur. Lityum iyon pillerde katot, çoğunlukla grafit malzemeden yapılır. Sodyum iyon pillerde ise sodyum iyonlarını depolama konusunda oldukça hızlı bir malzeme olduğu düşünülen, karmaşık kristal yapıya sahip gözenekli bir bileşim olan sert karbon (HC) kullanılır.
Daha önceki araştırmalar, sert karbonun teorik şarj hızının pratik olarak ne kadar mümkün olduğunu kanıtlamakta zorlanıyordu. Çünkü yüksek hızda yoğun elektrolite giren iyonlar, trafik sıkışıklığına benzer bir yavaşlama yaşıyordu. Ancak yakın zamanda bir bilimsel dergide yayımlanan yeni bir çalışmada, araştırmacılar bu engeli aşmayı hedefledi.
Lityum İyon Pillerin Riskleri Azalıyor
Araştırmacılar, sert karbonu, kimyasal olarak inert bir malzeme olan alüminyum oksit ile düşük konsantrasyonlarda birleştirerek tek bir elektrot oluşturdular. Bu sayede iyonlar, herhangi bir "trafik" sorunu yaşamadan sert karbon parçacıklarına serbestçe akabildi.
Bu sorunun üstesinden gelindiğinde, araştırmacılar sodyum iyonlarının, lityum iyon pillerdeki grafitin iyon alma hızına benzer oranlarda sert karbona girebildiğini kanıtladı. Ayrıca araştırmacılar, tüm sürecin tıkanma noktasının, sert karbondaki gözenekleri doldurma hızı olduğunu belirledi. Burada "gözenekler", iyonların sert karbon yüzeyindeki nanometrik gözeneklerin içinde adeta metalik kümeler oluşturması süreci olarak tanımlanıyor.
Yapılan detaylı analizler sonucunda, sodyum iyonlarının bu kümeleri oluşturmak için daha az enerjiye ihtiyaç duyduğu anlaşıldı. Bu bulgu, doğru koşullar altında sodyum iyon pillerin, lityum iyon pillerden daha hızlı şarj oranlarına ulaşabileceğini gösteriyor.
Bu sonuçlar, özellikle inanılmaz derecede hızlı şarj veya deşarj oranları gerektiren kullanımlar için sodyum iyon pillerin daha yaygın hale gelmesine yardımcı olabilir. Örneğin, şebeke ölçeğindeki pil enerji depolama sistemleri, talep üzerine enerjiyi hızla deşarj etme yeteneğinden faydalanabilir. Enerji üretimi için pillerin kararlı olması da büyük önem taşıyor.
Yine yapılan araştırmalar, sodyum iyon pillerin lityum iyon pillere göre daha güvenli olduğunu gösteriyor. Bunun nedeni, içerdiği kararlı sodyum iyonlarının, hasar gördüğünde lityum iyon pillerin yanmasına veya patlamasına neden olan zincirleme reaksiyonlara daha az eğilimli olmasıdır.
Bazı ülkelerdeki itfaiye teşkilatları, lityum iyon pil kullanan enerji depolama sistemlerinin, özellikle yandıklarında söndürülmelerinin zor olması nedeniyle "önemli bir yangın riski" oluşturduğunu belirtiyor. Lityum iyon pillerde ısı kontrolü kaybı, kendi kendine devam eden ve pilin tutuşmasına neden olan bir süreçtir; bu süreç oksijen olmadan bile devam edebilir. Hatta bazı elektrikli araçlardaki lityum iyon pillerin, tutuştuktan sonra saatlerce, hatta günlerce yanabildiği belirtiliyor.
Eğer seri olarak üretilirse, çalışmalarda test edilen sodyum iyon piller bu riskleri tamamen ortadan kaldırabilir.
Yapılan çalışmanın sonuçları, sert karbon anot kullanan bir sodyum iyon pilin, lityum iyon pilin şarj hızından daha hızlı oranlara ulaşabileceğini nicel olarak kanıtlıyor.
