Mühendislik ve Teknoloji

Lityum Sülfür Pillerle İlgili Tesadüfen Yapılan Bir Keşif Dünyayı Değiştirebilir

Bazı teknolojik keşifler beklemediğimiz anda tesadüfen gerçekleşir. İnsanlık tarihi aslında bunun bir çok örneği ile doludur. Penisilin, X-ışını makineleri ve hatta mikrodalgalar, bu tür devrim niteliğindeki tesadüfi keşiflerin örnekleridir. Bunlara bir yenisini ekleme zamanımız gelmiş olabilir. Üstelik lityum sülfür pillerle ilgili bu yeni keşif gezegenimizi yaklaşan iklim değişikliği probleminden potansiyel olarak kurtarma vaadinde de bulunuyor.

Hayatımızı enerjiye bağımlı bir biçimde sürüyoruz. Bunun sonucunda da uzun zamandır modern yaşantımıza güç katacak ve elektrikli arabalar gibi temiz teknolojiyi mümkün kılacak bir seçenek arıyoruz. 90’ların başında yaşantımıza giren ve günümüzde tercih ettiğimiz pil teknolojisi olan lityum iyon piller bazı konularda bizleri sınırlandırıyor. Bu piller günümüzde telefonlardan, enerji şebekesi yedekleme tesislerine ve hatta uydulara kadar her şeye güç sağlıyor. Ancak bize günümüz teknolojik imkanlarını sunsalar da bazı olumsuzlukları da beraberlerinde getiriyorlar.

Lityum bir metaldir. Dıştaki elektron kabuğunda sadece bir elektronu vardır ve bu elektronun başka bir atoma geçmek üzere lityumu terk etme yönünde güçlü bir eğilimi vardır. Bu gerçekleştiğinde artı yüklü-ve daha kararlı- olan lityum iyonu oluşur.

Lityum İyon Piller ile İlgili Sorunlar Nelerdir?

Hatırlayacağımız üzere 2019 Nobel Kimya Ödülü de lityum iyon pillerin geliştirilmesine katkıda bulunan araştırmacılara layık görülmüştü. Diğer pillere göre daha hafif olan ve şarj edilme özelliği taşıyan lityum piller birçok alanda avantaj sağlıyor. Ancak ne yazık ki onları inşa etmek için gereken malzemeler, en başta kobalt, çevremize ciddi zararlar veriyor. Kobalt bir zamanlar değersiz bir metal olarak kabul edilirdi. Ancak giderek hızlanan dijital yaşam tarzlarımız bu madene talebi aniden arttırdı. Günümüzde kobalt madenciliğinin çevre üzerinde yarattığı olumsuz sonuçlar iyi belgelenmiştir.

saf kobalt

Lityum iyon bataryalarda, tıpkı standart pillerde olduğu gibi iki tür elektrot vardır. Biri pozitif yüklü katot, diğeri negatif yüklü anot. Diğer çoğu pil, elektrotların yavaş ama emin adımlarla değiştiği kimyasal tepkimelere dayanır. Bir lityum iyon pil ise şarj edildiğinde ya da kullanıldığında iyonlar çevreleriyle etkileşmeden elektrotlar arasında akar. Bu da pilin uzun ömürlü olması ve performansı düşmeden yüzlerce kez şarj edilebilmesi anlamına gelir.

Ancak sürekli daha hızlı şarj süresi talep ediyoruz. Bir çok kişinin de bildiği gibi bir pili tekrar tekrar hızlı bir şekilde şarj ederseniz kapasitesi zamanla azalır. Pil tükendikten sonra da yapılacak tek şey küçük bir servet verip yenisini almak olacaktır. Bunun anlamı da her geçen gün daha da kötüleşen elektronik atık sorununa katkıda bulunmaktır.

Lityum iyon piller ile ilgili en önemli sorun ise patlama ve yangın riskidir. Lityum piller, aşırı şarj edildiklerinde alev alma riski taşır. Bu durumlarda lityum, metalin negatif elektrotu üzerinde birikmektedir. Bu da sonunda kısa devreye neden olur. Bataryadaki koruma devresi normalde bunu engellemelidir ancak bazı sorunlar bir biçimde çalışmasını engeller. Aşırı şarj etme durumu ile ilgili sorunlar çoğu üretici tarafından belirli yazılımlarla çözüldü. Ancak taklit telefonlarda bu tarz yazılım destekleri sunulmadığı için risk vardır.

Lityum Sülfür Bataryalar Geleceğin Pil Teknolojisi Olma Adayıydı

Lyten, birkaç lityum-kükürt pil üreticisinden biridir.

Geçtiğimiz yıllarda adını duymaya başladığımız lityum-sülfür olarak bilinen bir pil türü yukarıdaki sorunların bir kısmına çözüm adayı gibi gözüküyor. Üretiminde ekolojik olarak çok daha az zararlı malzemeler kullanılır. Üretimi daha ucuzdur. Diğer pillere kıyasla daha hafiftir ve alev alma olasılığı çok daha düşüktür. Ancak sevinmeden önce bilmeniz gereken bir sorun vardır. Bir lityum iyon pil yaklaşık 2000 şarj döngüsü için kullanılabilirken, lityum sülfür tipik olarak bunun yaklaşık yarısını başaracaktır. Bu nedenle, bir veya iki yıllık uygun kullanımdan sonra, bir lityum-kükürt pil temelde ölüdür. 

Bu sorunu ortadan kaldırmak için bilim insanları bir süredir bu piller üzerinde araştırma yapmaktaydı. Amaçları, pil şarj olurken ve boşaldığında polisülfit oluşturan kimyasal reaksiyonu yavaşlatmaktı. Bu sayede çok yoğun enerji tüketen bu pillerin daha uzun süre dayanması sağlanabilecekti. Ancak buldukları şey hedeflerinin çok daha ötesine geçti.

Kükürt diğer adıyla sülfür, keşfin anahtarı

Lityum Sülfür Bataryalar İle İlgili Yeni Keşif

Çalışmalar sırasında sülfürün reaksiyonu önleyen nadir bir kimyasal evresini tesadüfen keşfeden bilim insanları, bu evrenin polisülfür oluşmasını önleyerek, sülfürü daha önce sadece laboratuvarda yüksek sıcaklıklarda oluşan monoklinik (eğik eksenli) gamma fazına kristalleştirdiğini bildirdi. Çalışmayı yapan bilim insanlarından Rahul Pai, ilk başta bulgularına inanamadıklarını, geçmiş tüm araştırmaların monoklinik sülfürün 95 santigrat derecenin altında kararsız olduğunu gösterdiğini belirtti. Bu bir pilin 4000 defa şarj edilebilmesi anlamına geliyor.

Çoğu tesadüfi keşifte olduğu gibi, bilim insanları keşfettikleri sürecin tam olarak ne olduğunu henüz çözemediler. Bu nedenle bilim insanları, bu sürecin arkasındaki mekanizmayı tam olarak anlamaya çalışıyor. Milyarlarca bilgisayar, elektrikli araba ve benzerlerinde kullanılacak güvenilir bir pil geliştirmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyuluyor. Ancak bu piller eşdeğer lityum iyon pillerin üçte biri ağırlığında ve iki kat kullanım ömrüne sahip olacağından beklemeye değer! 



Kaynaklar ve ileri okumalar:


Dip Not

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konularda ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.
Başa dön tuşu