Şarj Edilebilir Pillerin Sırları ve Kullanım Ömrü
Günümüzde hemen her teknoloji cihazında şarj edilebilir pillerin varlığına rastlamak mümkündür. Ancak bu piller, birçok kez şarj edilseler de sonsuz bir ömre sahip değildir ve zamanla performansları düşer. Yeni yapılan bir araştırma, bu duruma neden olan faktörlere ışık tutmakta.
Dizüstü bilgisayarlar, tabletler ve akıllı telefonlar gibi günlük hayatımızda vazgeçilmez olan pek çok cihaz, şarj edilebilir pillere bağımlıdır. Lityum iyon piller, iki ana elektrot (anot ve katot) içerir ve bu elektrotlar lityum iyonlarını depolar. Pillerin içinde bulunan elektrolit, bu iyonların anottan katoda hareket etmesini sağlar. Bu hareket, yük oluşturan elektronların serbest kalmasına neden olan kimyasal bir zincir reaksiyonu başlatır. Ancak, Stanford Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, lityum iyonlarıyla birlikte katoda doğru hareket eden bazı istenmeyen maddelerin de bulunduğunu ortaya koydu.
Yapılan araştırma, hidrojen protonları ve elektronlarının elektrolit içindeki moleküllerden ayrıldığını ve zamanla katotta birikerek lityum iyonlarının verimli bir şekilde yük iletimini engellediğini göstermektedir. Bu birikim, pillerin enerji depolama kapasitesini ciddi oranda azaltmaktadır.
Bir dizi kimyasal reaksiyon, bu hidrojen sızıntısının sürekli bir şekilde devam etmesine yol açmaktadır. Stanford Üniversitesi’nde fizikçi ve kimyager olan Gang Wan, Science News ile gerçekleştirdiği bir söyleşide, pillerin kullanılmadığı zamanlarda bile enerji kaybettiğini vurguladı. Wan ve ekibi, takip edilmesi zor olan hidrojeni belirlemek için hidrojenin daha büyük bir izotopu olan döteryumu kullanma gerekliliği duydu. Döteryum, hidrojenin tek protonuna ek olarak bir nötron bulunduran bir izotoptur.
Döteryumun pil içindeki hareketini izlediler
Ekip, kütle spektrometrisi ve X-ışını görüntüleme analizi gibi teknikleri kullanarak döteryumun pil içindeki hareketini izleyerek, hidrojenin pil şarjının azalmasındaki temel etkilerini ortaya çıkardı. Çalışma, daha da önemlisi, bu sızan hidrojen moleküllerini üreten istenmeyen kimyasal değişiklikleri hedef alarak pilleri geliştirmek için potansiyel bir yol sunduğunu gösteriyor.
Ancak, pil tasarımcılarının daha güçlü piller üretme çabaları sırasında katotların hidrojeni çekme yeteneğini artırarak pil ömrünün kısalmasına neden olmuş olabileceklerini de öne sürmekte. Bu durum, bazı tasarım değişikliklerinin yapılması gerektiğini göstermektedir. Elbette, bu tür çalışmalarda her zaman olduğu gibi, sorunun piller genelinde ne kadar yaygın olduğunun belirlenmesi için daha fazla araştırma yapılması zorunludur.
Eğer bu sorun düşündüğümüz kadar yaygınsa, pil tasarımlarındaki geliştirilmeler, yalnızca cihazlarımızı daha uzun süre kullanabilmemize olanak tanımakla kalmayacak, aynı zamanda sınırlı maden kaynaklarının daha verimli bir şekilde kullanılmasını da sağlayacaktır. Bu çalışma, Science dergisinde yayınlanmıştır.
