Katı hal lityum metal piller, özellikle elektrikli araçlar ve diğer uygulamalarda enerji depolama alanında uzun zamandır potansiyel bir oyun değiştirici olarak kabul ediliyor. Daha uzun menziller, daha hızlı şarj süreleri ve artırılmış güvenlik gibi gelecek vaat eden geliştirmeler sunan bu teknolojinin ticarileşmesinin 2026-2028 yılları arasında gerçekleşmesi bekleniyor.
Katı hal lityum piller nasıl bir potansiyele sahip?
Son araştırmalar, bu pillerin performansının başlangıçtaki beklentileri karşılamayabileceğini ve bu durumun geleneksel lityum iyon pillere üstün bir alternatif olarak uygulanabilirliği konusunda şüphe uyandırdığını öne sürüyor. Garnet tipi katı elektrolitleri, özellikle lityum lantan zirkonyum oksit (LLZO)’i değerlendiren bir çalışma, katı hal lityum metal pillerin beklenen enerji yoğunluğu faydalarının abartılmış olabileceğini gösterdi.
Bulgulara göre, LLZO kullanan tamamen katı hal lityum metal yaklaşık 272 Wh/kg’lık bir gravimetrik enerji yoğunluğuna ulaşacak. Bu rakam, mevcut lityum iyon pillerin sunduğu 250 ila 270 Wh/kg değerlerinden yalnızca biraz daha fazla. LLZO ile çalışmanın getirdiği yüksek üretim maliyetleri ve önemli üretim zorlukları göz önüne alındığında, çalışmada kompozit veya yarı katı hal elektrolitlerin daha pratik seçenekler olarak ortaya çıkabileceği öne sürülmektedir.
Çalışmanın baş yazarı ve Tohoku Üniversitesi WPI-AIMR’de araştırmacı olan Eric Jianfeng Cheng: “Tamamen katı hal lityum metal enerji depolamanın geleceği olarak görülüyordu, ancak çalışmamız LLZO tabanlı tasarımların enerji yoğunluğunda beklenen sıçramayı sağlayamayabileceğini gösteriyor. İdeal koşullar altında bile kazanımlar sınırlı ve maliyet ve üretim zorlukları önemli.” dedi. Katı hal lityum metal piller, öncelikle gelişmiş güvenlik ve enerji performansı nedeniyle ilgi görmektedir.
LLZO, kararlılığı ve iyonik iletkenliği nedeniyle katı elektrolitler için önde gelen bir aday. Ancak, pratik LLZO tabanlı kese hücrelerinin daha yakından incelenmesi, enerji yoğunluğu artışlarına ilişkin beklentilerin yanlış yönlendirilmiş olabileceğini göstermektedir. Ultra ince 25 μm LLZO seramik ayırıcı ve yüksek kapasiteli katotla bile performans, en iyi geleneksel lityum-iyon hücrelerinden yalnızca biraz daha iyi kalıyor.
