Elektrikli ara\u00e7lar\u0131n (EV) h\u0131zla yayg\u0131nla\u015fmas\u0131, lityum pillerin \u00fcretiminde kullan\u0131lan hammaddelere olan talebi art\u0131rm\u0131\u015f ve bu hammaddelerin i\u015flenmemi\u015f minerallerden elde edilmesini gerektirmi\u015ftir - bu durum hem \u00e7evresel hem de sosyal kayg\u0131lara yol a\u00e7maktad\u0131r.<\/p>\n
Lityum pil kimyalar\u0131, ne kadar enerji depolayabilecekleri ve ka\u00e7 kez \u015farj edilebilecekleri a\u00e7\u0131s\u0131ndan farkl\u0131l\u0131k g\u00f6sterdi\u011finden, \u00f6zel uygulaman\u0131z i\u00e7in birini se\u00e7mek \u00e7ok \u00f6nemlidir.<\/p>\n
Lityum-iyon piller, cep telefonlar\u0131 ve diz\u00fcst\u00fc bilgisayarlar gibi t\u00fcketici elektroni\u011finde h\u0131zla tercih edilen teknolojilerden biri haline geldi ve hibrit otomobillerde de kullan\u0131m\u0131 giderek yayg\u0131nla\u015f\u0131yor. Y\u00fcksek enerji yo\u011funluklar\u0131, geleneksel batarya teknolojilerine k\u0131yasla daha k\u00fc\u00e7\u00fck alanlarda daha fazla miktarda g\u00fc\u00e7 depolanmas\u0131n\u0131 sa\u011flar.<\/p>\n
Li-ion piller de belirli g\u00fcvenlik kurallar\u0131 dahilinde kullan\u0131ld\u0131\u011f\u0131nda g\u00fcvenli bir \u015fekilde \u00e7al\u0131\u015ft\u0131r\u0131labilir. Yang\u0131n riski lityum metal pillere g\u00f6re daha d\u00fc\u015f\u00fck olsa da, yanl\u0131\u015f kullan\u0131m yine de tehlikelere yol a\u00e7abilir.<\/p>\n
Lityum-iyon piller, lityum iyonlar\u0131n\u0131n anot ve katotlar aras\u0131nda ileri geri hareket ederek her ikisini de saran etilen karbonat veya propilen karbonat gibi sulu olmayan \u00e7\u00f6z\u00fcc\u00fclerden olu\u015fan bir elektrolit \u00e7\u00f6zeltisi olu\u015fturmas\u0131yla interkalasyon ve ekstraksiyon yoluyla \u00e7al\u0131\u015f\u0131r. Lityumun suya olan g\u00fc\u00e7l\u00fc yak\u0131nl\u0131\u011f\u0131 nedeniyle bu bataryaya asla nem girmemelidir.<\/p>\n
De\u015farj, lityum iyonlar\u0131n\u0131n anottan bir elektrolit \u00e7\u00f6zeltisine ge\u00e7mesi ve burada elektrik ak\u0131m\u0131 ile ba\u011fland\u0131klar\u0131 yerlerden serbest b\u0131rak\u0131lmalar\u0131 ve ard\u0131ndan anot ile olan ba\u011flar\u0131ndan kurtulmalar\u0131 ve b\u00f6ylece elektronlar\u0131n harici kablolar \u00fczerinden serbest\u00e7e akarak i\u015f yapabilmeleri ile ger\u00e7ekle\u015fir.<\/p>\n
Lityum-iyon ak\u00fcler, iyi enerji verimlili\u011fi ve y\u00fcksek g\u00fc\u00e7-a\u011f\u0131rl\u0131k oran\u0131, d\u00fc\u015f\u00fck kendi kendine de\u015farj oran\u0131, uzun hizmet \u00f6mr\u00fc ve ta\u015f\u0131nabilir tasar\u0131m dahil olmak \u00fczere benzerlerine g\u00f6re bir\u00e7ok avantaj sunar. Lityum kobalt oksit teknolojisi, lityum-iyon ara\u00e7 ak\u00fclerinde alternatiflerine g\u00f6re daha y\u00fcksek enerji yo\u011funlu\u011fu sa\u011flar.<\/p>\n
Elektrolitler, v\u00fccudumuzun hidrasyon seviyeleri ve h\u00fccre fonksiyonlar\u0131n\u0131n yan\u0131 s\u0131ra yorgunluk, ba\u015f d\u00f6nmesi ve ba\u015f a\u011fr\u0131lar\u0131n\u0131n \u00f6nlenmesi gibi genel sa\u011fl\u0131k yararlar\u0131 i\u00e7in gerekli olan hayati minerallerdir. Elektrolit eksikli\u011fi, ya\u015fam\u0131 \u00f6nemli \u00f6l\u00e7\u00fcde etkileyen ve g\u00fcnl\u00fck rutinleri derin \u015fekillerde bozan dehidrasyona bile yol a\u00e7abilir.<\/p>\n
Lityum-iyon piller, su reaksiyonlar\u0131ndan ka\u00e7\u0131nmak ve elektrotlar\u0131n\u0131 bozulmaya kar\u015f\u0131 korumak i\u00e7in sulu olmayan elektrolitlere g\u00fcvenir. Genellikle etilen karbonat veya propilen karbonat gibi organik karbonatlar ile lityum iyonlar\u0131n\u0131 \u00e7\u00f6zelti i\u00e7inde ba\u011flayan kompleksler i\u00e7erirler; bu s\u0131v\u0131 elektrolit daha sonra iyonlar\u0131n anot ve katot elektrotlar\u0131 aras\u0131nda hareket etmesini sa\u011flayarak elektrik enerjisi \u00fcretir.<\/p>\n
Lityum iyonlar\u0131 de\u015farj s\u0131ras\u0131nda elektrolit boyunca anottan katoda do\u011fru hareket ederken, elektronlar\u0131n\u0131 katottan aktaran bir ekleme veya interkalasyon s\u00fcrecinden ge\u00e7erler. Bu, h\u00fccrenin d\u0131\u015f devresinde depolanan bir kimyasal enerji \u00e7\u0131k\u0131\u015f\u0131 yarat\u0131r; \u015farj s\u0131ras\u0131nda ayn\u0131 iyonlar elektronlar\u0131yla yeniden birle\u015ferek elektrik olu\u015fturur.<\/p>\n
Dinca ve ekibi, sodyum veya magnezyum gibi daha az kobalt i\u00e7eren alternatif pil malzemeleri geli\u015ftirmek i\u00e7in \u00e7al\u0131\u015f\u0131yor. Bu t\u00fcr piller, pilleri daha hafif ve daha ucuz hale getirerek t\u00fcketiciler i\u00e7in daha cazip hale getirebilir. Kobalt i\u00e7ermeyen piller daha iyi \u00e7evrim \u00f6mr\u00fcne, geri d\u00f6n\u00fc\u015ft\u00fcr\u00fclebilirli\u011fe sahip olmal\u0131 ve hatta ta\u015f\u0131nmas\u0131 ve depolanmas\u0131 kobalt olanlara g\u00f6re daha g\u00fcvenli olabilir.<\/p>\n
Katot, lityum pillerin temel bile\u015fenlerinden biridir. Bir elektrik iletkeni olarak hareket ederek, de\u015farj\/\u015farj i\u015flemleri s\u0131ras\u0131nda lityum iyonlar\u0131n\u0131n anot ve katot aras\u0131nda hareket etmesini kolayla\u015ft\u0131r\u0131r. Katotlar, lityum ge\u00e7i\u015f metal oksitleri, vanadyum oksitleri, manganez bazl\u0131 oksitler veya lityum fosfatlar gibi de\u015farj\/\u015farj d\u00f6ng\u00fcleri s\u0131ras\u0131nda lityum iyonlar\u0131n\u0131n tersinir interkalasyonuna\/de-interkalasyonuna izin veren farkl\u0131 malzemelerden olu\u015fabilir.<\/p>\n
Anot, h\u00fccre de\u015farj\u0131 s\u0131ras\u0131nda elektronlar\u0131n harici bir devreye bo\u015falt\u0131lmas\u0131ndan sorumlu olan negatif bir elektrottur. Tersine, katotlar pozitif elektrotlar\u0131nda elektrokimyasal bir indirgeme reaksiyonunda pozitif y\u00fckl\u00fc lityum iyonlar\u0131n\u0131 elektronlarla birle\u015ftirir. Elektrolit, lityum iyonlar\u0131n\u0131n ve elektronlar\u0131n anot ve katotlar aras\u0131nda ta\u015f\u0131nmas\u0131 a\u00e7\u0131s\u0131ndan bir arac\u0131 g\u00f6revi g\u00f6r\u00fcr; kendisi elektrokimyasal reaksiyona kat\u0131lmaz.<\/p>\n
Bir\u00e7ok farkl\u0131 katot malzemesi geli\u015ftirilmi\u015ftir; mevcut \u00fcretimde en yayg\u0131n olan \u00fc\u00e7\u00fc LiCoO2, LiMn2O4 ve LiFePO4 olarak \u00f6zetlenebilir. Her biri lityum-iyon kimyas\u0131n\u0131 kullan\u0131r; ancak \u015farj kapasiteleri ve d\u00f6ng\u00fc kararl\u0131l\u0131klar\u0131 modeller aras\u0131nda farkl\u0131l\u0131k g\u00f6sterir.<\/p>\n
Lityum-iyon piller hem enerji yo\u011funlu\u011fu hem de \u00e7evrim \u00f6mr\u00fc a\u00e7\u0131s\u0131ndan katotlar\u0131na ba\u011fl\u0131d\u0131r, \u00e7\u00fcnk\u00fc bu bile\u015fen y\u00fcksek iletkenli\u011fe sahip b\u00fcy\u00fck miktarlarda lityum iyonu depolar ve en iyi \u015fekilde \u00e7al\u0131\u015fmas\u0131 i\u00e7in b\u00fcy\u00fck miktarlarda depolamas\u0131 gerekir. Direnci daha da azaltmak ve performans\u0131 art\u0131rmak i\u00e7in karbon siyah\u0131 (CB), amorf karbon (AC) veya karbon fiberler (CF) gibi \u00e7e\u015fitli iletken katk\u0131 maddeleri iletken katk\u0131 maddesi olarak eklenebilir; Tablo 2'de bu katk\u0131 maddelerinin \u00e7e\u015fitli iletken katk\u0131 maddelerine sahip \u00e7e\u015fitli katot malzemelerinin de\u015farj kapasiteleri ve d\u00f6ng\u00fc performanslar\u0131 \u00fczerindeki sonu\u00e7lar\u0131 kar\u015f\u0131la\u015ft\u0131rmal\u0131 olarak sunulmaktad\u0131r.<\/p>\n
Lityum-iyon pillerin uygulanabilirli\u011fi, enerji yo\u011funlu\u011fu ve voltaj aral\u0131\u011f\u0131 d\u00fczenlemesinde \u00f6nemli bir rol oynayan anotlar ve katotlar olarak da bilinen elektrot malzemeleri taraf\u0131ndan b\u00fcy\u00fck \u00f6l\u00e7\u00fcde belirlenir. \u00c7o\u011fu lityum pil karbon anot ve katot kullan\u0131r; ancak ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar alternatif \u00e7\u00f6z\u00fcmler ara\u015ft\u0131rmaktad\u0131r.<\/p>\n
De\u015farj, bir anotun lityum iyonlar\u0131n\u0131 interkalasyon yoluyla katoda b\u0131rakarak ak\u0131m ve g\u00fc\u00e7 olu\u015fturmas\u0131yla ger\u00e7ekle\u015fir. Ancak \u015farj s\u0131ras\u0131nda bunun tersi ger\u00e7ekle\u015fir. Lityum iyonlar\u0131 interkalasyon yoluyla katoda bo\u015falt\u0131lmak yerine, bir elektrolite (dimetil karbonat \u00e7\u00f6z\u00fcc\u00fc i\u00e7inde s\u00fcspanse edilmi\u015f lityum tuzlar\u0131ndan olu\u015fur) girerler. Buradan anoda do\u011fru geri giderler ve sonunda bu \u00e7\u00f6zeltiden geri \u00e7\u0131karak devrelerini geriye do\u011fru tamamlarlar.<\/p>\n
Standart grafit anotlar, tekrarlanan lityum yerle\u015ftirme i\u015fleminin par\u00e7alanmas\u0131na ve kapasite kayb\u0131na neden olarak i\u015flevsel LIB h\u00fccreleri b\u0131rakmamas\u0131 nedeniyle uzun s\u00fcreli kullan\u0131lamaz. Metal hidroksitler gibi alternatifler \u00f6nerilmi\u015ftir; ancak y\u00fcksek interkalasyon gerilimleri bu pillerin enerji yo\u011funlu\u011funu azaltmaktad\u0131r.<\/p>\n
Pil malzemeleri konusunda uzman bir \u015firket olan Amprius, potansiyel \u00e7\u00f6z\u00fcmlerden biri olarak silikon nanotelleri i\u00e7ine alan silikon kabuklu bir anot geli\u015ftirdi. Test ama\u00e7l\u0131 olarak bir Airbus Zephyr S sahte uydu batarya paketinde test edilen anotun performans\u0131 ola\u011fan\u00fcst\u00fcd\u00fcr: 435 W h\/kg'\u0131n \u00fczerinde enerji \u00e7\u0131k\u0131\u015f\u0131 \u00fcretirken y\u00fczlerce \u015farj d\u00f6ng\u00fcs\u00fcne dayanm\u0131\u015ft\u0131r.<\/p>\n
Ay\u0131r\u0131c\u0131, lityum iyon ak\u0131\u015f\u0131na izin verirken pozitif ve negatif elektrotlar\u0131 izole etmeye yarayan lityum pillerin \u00f6nemli bir bile\u015fenidir. Polietilen veya polipropilen gibi \u00e7e\u015fitli poliolefin malzemelerden yap\u0131lm\u0131\u015f g\u00f6zenekli bir membran kullan\u0131larak in\u015fa edilen seperat\u00f6r\u00fcn boyutu, de\u015farj s\u0131ras\u0131nda ne kadar ak\u0131m \u00e7ekilebilece\u011fini etkilemenin yan\u0131 s\u0131ra \u00e7evrim s\u0131ras\u0131nda kararl\u0131l\u0131\u011f\u0131 da belirler.<\/p>\n
Ay\u0131r\u0131c\u0131n\u0131n g\u00f6zeneklili\u011fi, lityum iyonlar\u0131n\u0131n elektrotlar aras\u0131nda serbest\u00e7e hareket etmesine izin vermek i\u00e7in yeterli olmal\u0131 ve pilin fi\u015fi \u00e7ekildi\u011finde veya kapat\u0131ld\u0131\u011f\u0131nda kapanan geni\u015f g\u00f6zenek da\u011f\u0131l\u0131m\u0131na sahip olmal\u0131d\u0131r; optimum g\u00f6zenek boyutlar\u0131 30 ila 100 nanometre aras\u0131nda de\u011fi\u015fmektedir. Ayr\u0131ca, iletkenli\u011fi de y\u00fcksek olmal\u0131d\u0131r.<\/p>\n
Bir separat\u00f6r\u00fcn \u0131slanabilirli\u011fi de \u00f6nemlidir; h\u00fccre \u00e7al\u0131\u015fmas\u0131 s\u0131ras\u0131nda dendrit olu\u015fumu ve SEI b\u00fcy\u00fcmesi meydana gelmeden g\u00f6zeneklerine yeterli miktarda elektrolit emmelidir. Dokunmam\u0131\u015f PP, mikro g\u00f6zenekli tek katmanl\u0131 PP, sel\u00fcloz, cam elyaf, PTFE veya \u00fc\u00e7 katmanl\u0131 PP\/PE\/PP gibi \u00e7e\u015fitli ay\u0131r\u0131c\u0131 malzemeler kullan\u0131labilir; baz\u0131lar\u0131 oksidasyona kar\u015f\u0131 daha fazla diren\u00e7 veya elektrolitlerle afinite\/\u0131slanabilirlik gibi geli\u015fmi\u015f \u00f6zelliklere sahiptir; bu iyile\u015ftirmeler pil g\u00fcvenli\u011fi ve uzun \u00f6m\u00fcrl\u00fcl\u00fc\u011f\u00fcne \u00f6nemli \u00f6l\u00e7\u00fcde katk\u0131da bulunur.<\/p>\n
Ak\u0131m toplay\u0131c\u0131lar, elektronlar\u0131n katot ve anot elektrotlar\u0131 aras\u0131nda akmas\u0131na izin vererek pilin y\u00fcksek enerji yo\u011funlu\u011funa ula\u015fmas\u0131na yard\u0131mc\u0131 olan ve g\u00fcvenlik ve performans\u0131 art\u0131ran lityum pillerin \u00f6nemli bir bile\u015fenidir. Elektrotlar\u0131 korozyona u\u011framadan y\u00fcksek \u00e7al\u0131\u015fma voltajlar\u0131na dayanacak \u015fekilde tasarlanmal\u0131d\u0131rlar.<\/p>\n
Al\u00fcminyum ve bak\u0131r gibi metaller, nispeten ucuz olmalar\u0131 ve m\u00fckemmel elektrik iletkenlikleri nedeniyle genellikle ak\u0131m toplay\u0131c\u0131 olarak kullan\u0131l\u0131r, ancak k\u0131r\u0131lganl\u0131klar\u0131 mekanik b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc korumak i\u00e7in b\u00fcy\u00fck kal\u0131nl\u0131klar gerektirir.<\/p>\n
NREL bilim insanlar\u0131, enerji yo\u011funlu\u011funu art\u0131r\u0131rken ak\u0131m toplay\u0131c\u0131 kal\u0131nl\u0131\u011f\u0131n\u0131 azaltman\u0131n yeni bir yolunu buldular. Y\u00f6ntem, lityum pil separat\u00f6rlerindeki aktif malzemelerin yap\u0131\u015ft\u0131r\u0131c\u0131 ile kaplanmas\u0131n\u0131 i\u00e7eriyor ve lityum otomobil pillerini daha enerji verimli hale getirmeye yard\u0131mc\u0131 olacak ince ancak hafif ak\u0131m toplay\u0131c\u0131lar\u0131 olu\u015fturuyor.<\/p>\n
Bilim insanlar\u0131, ak\u0131m toplay\u0131c\u0131lar\u0131n kal\u0131nl\u0131\u011f\u0131n\u0131 azalt\u0131rken ayn\u0131 zamanda elektrokimyasal kararl\u0131l\u0131klar\u0131n\u0131 art\u0131rman\u0131n y\u00f6ntemlerini ara\u015ft\u0131r\u0131yor. Karbon bazl\u0131 malzemeler, metal olanlara k\u0131yasla daha \u00e7evre dostu \u00fcretim s\u00fcre\u00e7leri sunuyor ve ak\u0131m toplay\u0131c\u0131 olarak giderek daha fazla kullan\u0131l\u0131yor.<\/p>\n
Karbon bazl\u0131 ak\u0131m toplay\u0131c\u0131lar, daha sert olan muadillerine g\u00f6re, bataryan\u0131n enerji yo\u011funlu\u011funu ve g\u00fc\u00e7 kapasitesini art\u0131racak kadar hafif ve esnek olmak da dahil olmak \u00fczere bir\u00e7ok avantaj sunmaktad\u0131r - lityum-iyonun artan pop\u00fclaritesi g\u00f6z \u00f6n\u00fcne al\u0131nd\u0131\u011f\u0131nda giderek daha \u00f6nemli bir gereklilik haline gelmektedir.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Rapid expansion of electric vehicles (EVs) has increased demand for raw materials used to manufacture lithium batteries, necessitating their source from virgin minerals – this poses both environmental and social concerns. Lithium battery chemistries differ in terms of how much energy they can store and the number of times they can be recharged, making choosing …<\/p>\n