Lityum iyon pillerin ortalama ömrü 5 ila 10 yıl veya 500-1.500 şarj döngüsü arasında değişiyor. Ancak bu süre yeterli görünmüyor. Her geçen yıl pil maliyetleri önemli ölçüde düşse de bir araba satın alan birçok kişi, 10 yıl içinde pahalı bir pili değiştirmenin maliyetini üstlenmek zorunda kalabileceklerinden korktukları için bir elektrikli araç sahibi olma fikrinden vazgeçiyor.
Oksijen kontrolü lityum pillerde döngüyü uzatıyor
Li-ion pillerin kullanım ömrünün kat kat artırılması, hem benimsenmesini artırmak hem de çevresel etkilerini azaltmak, uydu ve uzay araçları gibi ileri uygulamalarda kullanılabilmesini sağlamak açısından büyük önem taşıyor. Güney Kore merkezli Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ndeki (POSTECH) araştırmacılar, Li-ion pil ömrünü uzatmanın ilginç bir yolunu buldular.
Günümüzde çoğu lityum pil katot olarak lityum kobalt oksit (LiCoO₂) veya lityum nikel manganez kobalt oksit (LiNiMnCoO₂ veya NMC) kullanmaktadır. Ancak son zamanlarda yapılan bazı araştırma çalışmaları, potansiyel bir katot malzemesi olan lityum açısından zengin katmanlı oksitin (LLO), geleneksel malzemelere kıyasla daha iyi enerji yoğunluğu, daha yüksek kapasite ve daha uygun bir voltaj sunduğunu ortaya koymuştur.
POSTECH ekibi: “Daha ekonomik ve sürdürülebilir bir alternatif olarak LLO önemli bir ilgi topladı. Malzeme, geleneksel nikel bazlı katotlardan yüzde 20’ye kadar daha yüksek enerji yoğunluğu sunuyor” diyor. Ancak şimdiye kadar bilim insanları LLO’nun potansiyelini fark edemediler. Bunun nedeni, onu bir lityum pil katodu olarak kullanmaya çalıştıkları her seferinde, bazı kararlılık sorunlarıyla karşılaşmalarıydı. POSTECH ekibi: “Önceki çalışmalarda, çevrim sırasında katotta meydana gelen yapısal değişikliklerin bu sorunların nedeni olduğu belirlenmiş olsa da, kararsızlığın arkasındaki kesin nedenler büyük ölçüde belirsizliğini koruyor” diye ekledi.
POSTECH ekibi, şarj-deşarj süreci sırasında LLO kafes yapısından oksijenin salınması nedeniyle LLO katodunun dengesizleştiğini keşfetti. Oksijen emisyonunun, katot ile elektrolit (anot ve katot arasında köprü görevi görerek ikisi arasındaki iyon hareketini kolaylaştıran bir madde veya çözelti) arasındaki etkileşim nedeniyle meydana geldiğini ileri sürmektedirler. Oksijenin dışarı akmasını önlemek için elektrolit bileşiminde bazı değişiklikler yaptılar. Örneğin, Li-ion pillerde yaygın olarak kullanılan bir çözücü olan polar etilen karbonat içermeyen bir elektrolit kullandılar.