Editörün notu: Elektrik teknolojisi yeşil dünyanın geleceğidir ve pil teknolojisi, elektrik teknolojisinin temelidir ve elektrik teknolojisinin büyük ölçekli gelişimini kısıtlamanın anahtarıdır. Mevcut ana akım pil teknolojisi, iyi enerji yoğunluğuna ve yüksek verimliliğe sahip lityum iyon pillerdir. Ancak lityum, yüksek maliyetli ve sınırlı kaynaklara sahip, nadir bir elementtir. Aynı zamanda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı arttıkça lityum iyon pillerin enerji yoğunluğu da artık yeterli olmuyor. nasıl cevap verilir? Mayank Jain gelecekte kullanılabilecek bazı pil teknolojilerinin stokunu aldı. Orijinal makale Medium'da şu başlıkla yayınlandı: Pil Teknolojisinin Geleceği
Dünya enerjiyle dolu ve biz bu enerjiyi yakalamak ve ondan en iyi şekilde yararlanmak için elimizden gelen her şeyi yapıyoruz. Yenilenebilir enerjiye geçişte daha iyi bir iş çıkarmış olsak da enerji depolama konusunda pek ilerleme kaydedemedik.
Şu anda pil teknolojisinin en yüksek standardı lityum iyon pillerdir. Bu pil en iyi enerji yoğunluğuna, yüksek verime (yaklaşık %99) ve uzun ömre sahip gibi görünüyor.
Peki sorun ne? Yakaladığımız yenilenebilir enerji artmaya devam ettikçe lityum iyon pillerin enerji yoğunluğu artık yeterli olmuyor.
Pilleri partiler halinde üretmeye devam edebildiğimiz için bu çok da önemli gibi görünmüyor, ancak sorun şu ki lityum nispeten nadir bir metal olduğundan maliyeti de düşük değil. Pil üretim maliyetleri düşüyor olsa da enerji depolama ihtiyacı da hızla artıyor.
Lityum iyon pil üretildiğinde enerji sektörünü çok büyük etkileyecek bir noktaya ulaştık.
Fosil yakıtların enerji yoğunluğunun daha yüksek olduğu bir gerçektir ve bu, yenilenebilir enerjiye tam bağımlılığa geçişi engelleyen çok büyük bir etkileyici faktördür. Ağırlığımızdan daha fazla enerji yayan pillere ihtiyacımız var.
Lityum iyon piller nasıl çalışır?
Lityum pillerin çalışma mekanizması sıradan AA veya AAA kimyasal pillere benzer. Anot ve katot terminalleri ve bunların arasında bir elektrolit bulunur. Sıradan pillerin aksine, lityum iyon pildeki deşarj reaksiyonu tersine çevrilebilir, dolayısıyla pil tekrar tekrar şarj edilebilir.
Katot (+ terminali) lityum demir fosfattan, anot (-terminal) grafitten ve grafit karbondan yapılmıştır. Elektrik sadece elektronların akışıdır. Bu piller lityum iyonlarını anot ve katot arasında hareket ettirerek elektrik üretiyor.
Yüklendiğinde iyonlar anoda doğru hareket eder ve boşaldığında iyonlar katoda doğru hareket eder.
İyonların bu hareketi devredeki elektronların hareketine neden olur, dolayısıyla lityum iyon hareketi ile elektron hareketi birbiriyle ilişkilidir.
Silikon anot pili
BMW gibi birçok büyük otomobil şirketi silikon anot pillerinin geliştirilmesine yatırım yapıyor. Sıradan lityum iyon piller gibi bu piller de lityum anotlar kullanır, ancak karbon bazlı anotlar yerine silikon kullanırlar.
Anot olarak silikon grafitten daha iyidir çünkü lityumu tutmak için 4 karbon atomu gerektirir ve 1 silikon atomu 4 lityum iyonu tutabilir. Bu, silikonun grafitten 3 kat daha güçlü olmasını sağlayan büyük bir gelişmedir.
Bununla birlikte, lityumun kullanımı hala iki ucu keskin bir kılıçtır. Bu malzeme hala pahalıdır ancak üretim tesislerinin silikon hücrelere aktarılması da daha kolaydır. Piller tamamen farklıysa fabrikanın tamamen yeniden tasarlanması gerekecek ve bu da geçişin çekiciliğinin bir miktar azalmasına neden olacaktır.
Silikon anotlar, saf silikon üretmek için kumun işlenmesiyle yapılır, ancak araştırmacıların şu anda karşılaştığı en büyük sorun, silikon anotların kullanıldığında şişmesidir. Bu, pilin çok çabuk bozulmasına neden olabilir. Anotların seri üretimi de zordur.
Grafen pil
Grafen, kurşun kalemle aynı malzemeyi kullanan bir tür karbon puludur, ancak pullara grafit eklemek çok zaman alır. Grafen, birçok kullanım durumunda mükemmel performansı nedeniyle övgüyle karşılanıyor ve piller de bunlardan biri.
Bazı şirketler dakikalar içinde tamamen şarj olabilen ve lityum iyon pillere göre 33 kat daha hızlı deşarj olabilen grafen piller üzerinde çalışıyor. Bu elektrikli araçlar için büyük değer taşıyor.
Köpük pil
Şu anda geleneksel piller iki boyutludur. Ya bir lityum pil gibi istiflenirler ya da tipik bir AA veya lityum iyon pil gibi sarılırlar.
Köpük pil, elektrik yükünün 3 boyutlu uzayda hareketini içeren yeni bir konsepttir.
Bu 3 boyutlu yapı, şarj süresini hızlandırabilir ve enerji yoğunluğunu artırabilir, bunlar pilin son derece önemli nitelikleridir. Diğer pillerin çoğuyla karşılaştırıldığında köpük pillerde zararlı sıvı elektrolitler yoktur.
Köpük akülerde sıvı elektrolit yerine katı elektrolit kullanılır. Bu elektrolit yalnızca lityum iyonlarını iletmekle kalmıyor, aynı zamanda diğer elektronik cihazları da yalıtıyor.
Akünün negatif yükünü tutan anot, köpüklü bakırdan yapılmış ve gerekli aktif maddeyle kaplanmıştır.
Daha sonra anotun etrafına katı bir elektrolit uygulanır.
Son olarak pilin içindeki boşlukları doldurmak için “pozitif macun” adı verilen bir madde kullanılıyor.
Alüminyum Oksit Pil
Bu piller, tüm piller arasında en büyük enerji yoğunluklarından birine sahiptir. Enerjisi mevcut lityum iyon pillerden daha güçlü ve daha hafiftir. Bazı kişiler bu pillerin 2.000 kilometrelik elektrikli araçlara güç sağlayabileceğini iddia ediyor. Bu kavram nedir? Referans olarak Tesla'nın maksimum seyir menzili yaklaşık 600 kilometredir.
Bu pillerin sorunu şarj edilememeleridir. Alüminyum hidroksit üretirler ve su bazlı bir elektrolitte alüminyum ve oksijenin reaksiyonu yoluyla enerji açığa çıkarırlar. Pillerin kullanımı anot olarak alüminyum tüketir.
Sodyum pil
Şu anda Japon bilim insanları lityum yerine sodyum kullanan piller üretmeye çalışıyor.
Sodyum piller teorik olarak lityum pillerden 7 kat daha verimli olduğundan bu durum yıkıcı olabilir. Bir diğer büyük avantaj ise sodyumun, nadir bir element olan lityuma kıyasla dünya rezervlerindeki altıncı en zengin element olmasıdır.
Gönderim zamanı: Aralık-02-2019