enerji depolama

Lityum İyon Piller alanında Son yıllarda teknolojideki hızlı gelişmelerle global bir saha haline gelen dünyamızda enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır.

Uygarlığın başlangıcından beri düzenli ve konforlu hayat standardını sağlayabilmek için enerji kaynakları sürekli araştırılmış ve enerji kaynağı olarak da özellikle fosil yakıtlar, nükleer enerji ve güneş enerjisi gibi kaynaklar kullanılmıştır.

Rezervleri gün geçtikçe azalan fosil yataklarının hızla tüketilmesi; küresel ısınma ve hava kirliliği gibi çevre sorunlarının büyük boyutlara ulaşmasına neden olmuş, böylece daha ucuz, çevre dostu ve güvenli alternatif enerji kaynaklarına olan ilgi daha da artmıştır.

Fosil yakıtları yenilenebilir enerji kaynakları olmadığı için alternatiflerinin bulunması gerekmektedir [1].

 Yenilebilir enerji kaynaklarının en önemli konularından bir tanesi de özellikle enerji depolama konusudur.

Lityum İyon Piller ile Enerji Depolama İhtiyacı

Taşınabilir elektronik cihazlar, iletişim cihazları (örn; cep telefonları, taşınabilir bilgisayarlar ve navigasyon cihazları, vs.), bilgisayar hafıza sistemleri, medikal cihazlar (insan vücuduna yerleştirilen minik devreler), elektrikli ve hibrit araçlar, çevresel koruma ve sensörler sürekli olarak çalışabilmek için enerjiye ihtiyaç duymaktadırlar.

Bu nedenle, enerji depolamaya olan gereksinimler sürekli olarak artmaktadır.

Bu gelişmelere paralel olarak düşük boyutlarına oranla yüksek spesifik enerjiye, yüksek enerji depolama kapasitesine ve yüksek çevrim sayısına sahip olan doldurulabilir lityum piller, son dönemde üzerinde büyük bir titizlikle çalışılan alternatif enerji kaynağı haline gelmiştir.

 Piller; kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal aletlerdir.

Bu pillerin küçük boyutlardan, büyük boyutlara kadar üretim imkânı olup yüksek kapasitelerinden dolayı hızlı bir şekilde kurşun-asit ve nikel-kadmiyum pillerinin yerini almaya başlamıştır.

Özellikle son yıllarda lityum iyon pillerin gelişiminde altın çağa doğru gidilmektedir. 

Tüketicilerin taşınabilir bilgisayarlar gibi teknolojik araçlara olan ilgisi ile satışların hızla artması; hükümetlerin özellikle çevre ve yakıt emisyonuyla ilgili çıkardığı yasalar göz önüne alındığında lityum iyon piller üzerine yapılan yatırımlar git gide büyümektedir ve bu pillerin geliştirilmesi üzerine çalışma yapan birçok ticari firma ve kurum bulunmaktadır [2].

Yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek deşarj gerilimine (3,7 volt) sahip ilk ticari lityum iyon piller 1991 yılında Japon Sony Energetic tarafından ticari olarak piyasaya sürülmüş olup halen ticari anlamda başarılı bir şekilde kullanılmaktadır [3].

Günümüzde şarj edilebilir piller her ne kadar umut verici olsalar da optimize edilmesi konusunda hala birçok problem mevcuttur.

Artan Pil Kullanımı

Artan pil kullanımı insan sağlığı ve çevre için potansiyel tehlike oluşturmaktadır. Dolayısıyla kullanılmış pillerin tehlike oluşturmaması için ayrı toplanması, taşınması ve geri kazanılması gerekmektedir.

Ayrıca pillerdeki tehlikeli ve zararlı metallerin azaltılması da önemli bir konudur. Buna rağmen zehirleyici olmayan, birçok malzeme ve farklı üretim yöntemleriyle üretilebilen bu piller tekrar kullanılabilir kaynaklar sunmaktadır.

Uzun dönemde pillerin hücre birimlerinin kararlılığını koruması, şarj ve deşarj esnasında meydana gelen ısının kontrol edilmesi, yüksek kalite ve düşük maliyet gibi hususlar üzerinde daha fazla çalışma yapılması gereken konulardır [4].

Şuana kadar gelinen noktada özellikle 1990’dan bu yana lityum iyon pillerde kullanılan malzemelerde büyük değişimlerin gözlemlendiği görülmüştür.

Lityum iyon pillerin özellikle katot malzemeleri, teknolojik açıdan büyük evrimler geçirmiştir. Anot olarak ele alındığında ise bu tür pillerde halen grafit kullanılmakta olan en gözde malzemedir.

Grafitin özellikleri incelendiğinde ise yaklaşık olarak 372 mAh/gr gravimetrik ve 818 Ah/l’lik bir hacimsel kapasiteye sahip olduğu görülmektedir. Grafitin anot malzemesi olarak tercih edilmesinin yanı sıra bir takım metaller de anot malzemesi olarak çalışılmıştır.

Bunun en temel nedeni ise grafitten çok daha yüksek kapasitelere sahip olmalarıdır [2].

Kaynaklar:

[1]  GÖKTEPE,H.,“Demir Katkılanmış Lityum Içerme Bileşiklerinin Sentezi Karakterizasyonu Ve Doldurulabilir Lityum Piller”, Kimya Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi , Erciyes Üniversitesi, 2003;1.

[2] GÜLER, M.O, ”Li-İyon Pillere Uygun Nanokristal SnO2 Kaplamaların İncelenmesi”, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi 2010; 1-3,15-19.

[3] AKTAŞ, S., “Bitmiş Lityum İyon İkincil Pillerinden Metalik Değerlerin Geri Kazanimi Ve Fray-Farthing-Chen (FFC) Cambridge Prosesiile Metalik Kobalt Üretimi”, İstanbul Teknik ÜniversitesiFen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 2007;12-13.

[4] TUĞRU, M.S., “Atık Çinko-Karbon ve Alkali Pillerden Çinko ve Mangan Geri Kazanımı”, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, 2009;

Hazırlayan : Çiğdem ATAY

Düzenleyen : Samed GURGUROĞLU