Şarj Edilebilir Pillerin Ömrü ve Yeni Araştırmalar
Günümüzde hemen her elektronik cihazda, dizüstü bilgisayarlardan tabletler ve akıllı telefonlara kadar, şarj edilebilir piller kullanımı yaygınlaşmıştır. Ancak, bu piller birçok kez şarj edilseler de, sonsuz bir kullanım ömrüne sahip değildirler ve zamanla kapasiteleri düşmektedir. Yeni yapılan bir araştırma, bu durumun ardındaki sebepleri aydınlatmaya yönelik önemli bulgular sunmaktadır.
Lityum iyon piller, içlerinde iki elektrot (anot ve katot) bulundurarak lityum iyonlarını depolar. Pilin içinde yer alan elektrolit, bu iyonların anottan katoda hareket etmesini sağlar. Bu hareket, yük oluşturan elektronların salınmasına yol açan bir kimyasal zincir reaksiyonunu başlatır. Ancak, Stanford Üniversitesi’nden bir grup araştırmacının gerçekleştirdiği çalışma, lityum iyonlarıyla birlikte katoda doğru hareket eden istenmeyen bazı maddelerin de varlığını öne sürmektedir.
Bu araştırma, hidrojen protonları ve elektronlarının elektrolit içerisindeki moleküllerden ayrıldığını ve zamanla katotta birikerek lityum iyonlarının yükü verimli bir şekilde iletememesine neden olduğunu ortaya koymaktadır. Bu birikim, pillerin enerji depolama yeteneğini önemli ölçüde azaltmaktadır. Bir dizi kimyasal reaksiyon, bu hidrojen sızıntısının sürekli olarak devam etmesine yol açmaktadır. Stanford Üniversitesi’nde fizikçi ve kimyager olarak görev yapan Gang Wan, pillerin kullanılmadıkları zamanlarda bile enerji kaybettiğini vurgulamaktadır.
Wan ve ekibi, takip edilmesi zor olan bu hidrojeni belirlemek için hidrojenin daha büyük bir versiyonu olan döteryumu tercih etmiştir. Döteryum, hidrojenin tek protonuna ek olarak bir de nötron içeren bir hidrojen izotopudur. Ekip, döteryumun pil içindeki hareketini takip ederek hidrojenin pil şarjındaki azalmadaki temel etkilerini belirlemeyi amaçlamıştır.
Çalışmada, kütle spektrometrisi ve X-ışını görüntüleme analizi gibi teknikler kullanılarak döteryumun pil içerisindeki hareketi incelenmiş ve hidrojenin pilin verimliliği üzerindeki etkileri ortaya çıkarılmıştır. Bu araştırma, belki de daha önemli bir bulgu olarak, bu sızan hidrojen moleküllerini üreten istenmeyen kimyasal değişiklikleri hedef alarak pilleri iyileştirmenin bir yolu olabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, pil tasarımcılarının daha güçlü piller üretme çabaları sırasında katotların hidrojeni çekme yeteneğini artırarak pil ömrünün kısalmasına neden olmuş olabileceği de önerilmektedir; bu durum, bazı tasarım değişikliklerinin yapılması gerektiğini göstermektedir.
Elbette, bu tür çalışmalarda her zaman olduğu gibi, sorunun piller genelinde ne kadar yaygın olduğunu belirlemek için daha fazla araştırma yapılması gerekecektir. Eğer bu sorun düşündüğümüz kadar yaygınsa, pil tasarımlarında yapılacak iyileştirmeler yalnızca cihazlarımızın daha uzun süre çalışmasına katkı sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda sınırlı maden kaynaklarının daha verimli kullanılmasına da olanak tanıyacaktır.
Bu çalışma, Science dergisinde yayınlanmıştır.
