Lityum iyon pil nedir, nerelerde kullanılır?

Şarj edilebilir pil türleri arasında yer alan lityum iyon pillerin kullanımı teknolojinin iyice hayatımıza yerleşmesiyle her alanda kullanılmaya başladı. Taşınabilir elektronik cihazlara olan ilginin ve ihtiyacın artması ve elektrikli araçların günden güne rağbet görmeye başlamasıyla bu pil türü de ön plana çıkıyor.

Pillerde kullanılan yüzlerce farklı kimyasal ve bileşik var ancak hepsi benzer kuralı temel alıyor. Pili mümkün kılan üç faktör vardır: Bir malzeme elektronu çeker, diğer malzeme elektron verir ve son malzeme biriken yükü nötrleyen ara yol sunar. Peki lityum iyon pil nasıl çalışıyor ve nasıl elektroniğe güç veriyor? Bir lityum iyon pil şarj edildiğinde ne olur ve şarjı nasıl boşalır?

Lityum-iyon pil, taşınabilir elektronik cihazlarda, elektrikli araçlarda ve enerji depolama sistemlerinde yaygın olarak kullanılan şarj edilebilir bir pil türü. Pilin içinde durmadan süren kimyasal bir tepkime var.

Lityum iyon pillerin kullanım alanları

• Cep telefonları
• Bilgisayarlar
• Küçük ev aletleri
• Tabletler
• Elektrikli araçlar başta olmak üzere bir çok yerde kullanılır.

Lityum esaslı pillerin avantajları yanında , bazı  dezavantajları da bulunmaktadır. Metal lityum hava ve su ile reaksiyona girdiğinde yüksek sıcaklığa ulaşır (ekzotermik reaksiyon). Pilleri fazla ısıtmak şarj etmek, delmek, kısa devrelere maruz bırakmak veya aşırı deşarj etmek de aynı şartları oluşturacağından sonuçta patlama ve yanmalar görülmektedir. Bu durumda  yanıcı hidrojen gazının ortaya çıkması da akla ilk gelen olmalıdır.  Ayrıca böyle bir durumda zehirli elektrolit gazının oluşması neticesinde çevreye ve insan sağlığını tehlike sokabilecek durumlar söz konusu olmaktadır.

Pil nasıl şarj oluyor?

Pil artık boşaldığına göre yeniden şarj etme zamanı. Bir batarya şarj cihazına bağlandığında, şarj cihazı pile ters yönde elektrik kuvvet uygulayıp elektronları geriye çekiyor ve elektron akışını tersine çeviriyor.

Elektronlar şimdi kobalttan kopar ve kobalt pozitif yüklenir. Pozitif yüklenen kobalt, pozitif yüklü lityum iyonlarını itmeye başlar. Şarj cihazının elektronları anottaki grafit tarafına göndermesiyle, buradaki negatif elektronlar karşı taraftaki pozitif lityum iyonlarına çekim uygular. İyonlar artık elektrolitten grafit tarafına döner. Yani bir lityum iyon pili şarj eden şey tüm tepkimenin en başa döndürülmesi oluyor.

Pil kapasitesi neden düşer?

Lityum iyon pil ve diğer piller zamanla maksimum kapasitesini kaybediyor ve bunun birkaç nedeni var. İlk neden, lityumun ve elektronun elektrolit ile tepkimeye girerek SEI denilen katı elektrolit ara fazlı bileşikler oluşturması. SEI, lityum ve elektroliti geri döndürülemez biçimde tüketince toplam lityum miktarı azalıyor. Bu da pilin maksimum kapasitesini düşürüyor.

İkinci neden, pil tükenene dek tamamen boşaltıldığında kobalt tarafında çok fazla lityum kalmasıdır. Bu durum Lityum Oksit ve Kobalt (II) Oksit oluşumuna neden olur ve geri dönüşümü yoktur. Lityum ve kobaltın bu bileşiklerde hapsolmasıyla pilin kapasitesi kalıcı olarak düşüyor. Lityum iyon pillere dair en önemli püf nokta pilin boşalmasına izin vermemek ve en geç %20-30 düzeyinde yeniden şarj etmek.

Lityum iyon pile dair püf noktalar

• Bir lityum iyon pilde, anot ve katot birbirine dokunamaz. Eğer birbirine dokunursa ve grafit tarafında herhangi bir lityum varsa kimyasal tepkime aşırı hızlanır ve yanma veya küçük bir patlama gerçekleşir. Bu yüzden lityum iyon pillerde ortadaki elektrolite iletken olmayan yarı geçirgen ayırıcı yerleştiriliyor. Elektrolit sıvı olduğundan tek başına bu dokunmayı engellemez.
• Grafit ve kobalt peroksit, elektronları çekmede veya itmede pek iyi değiller. Bu yüzden grafitin yanına iletken bakır katman ve kobalt peroksitin yanına ise iletken alüminyum katman koyuluyor. Adları toplayıcıdır.
• Bir lityum iyon pil ister şarjlı isterse şarjsız olsun anotta, katotta ve elektrolitte daima bir miktar lityum atomu bulunur.
• Bir pilin kapasitesini en üst düzeye çıkarmak ve pili akıllı telefon gibi küçük cihazlara yerleştirebilmek için tüm bu katmanlar kıvrılıp paket biçiminde katlanıyor.
• Lityum iyon pilde pilin üstünde elektrik akışını düzenleyen ek bir devre vardır. Bu devre, aşırı şarjı ve pil hasarını engelliyor.

Lityum İyon Pil Hakkında Sık Sorulanlar

Lityum-iyon piller nasıl çalışır ve diğer pillerden daha etkili kılan nedir?

Lityum-iyon piller, pilin pozitif ve negatif elektrotları arasında gidip gelmek için lityum iyonlarını kullanarak çalışır. Pil şarj edildiğinde, lityum iyonları negatif elektrotta depolanır. Batarya boşaldığında, iyonlar bir elektrolit aracılığıyla pozitif elektroda hareket eder ve burada cihazlara güç sağlamak için kullanılabilecek bir elektron akışı oluştururlar. Lityum-iyon piller yüksek enerji yoğunluğuna sahip oldukları ve uzun süre şarj tutabildikleri için oldukça etkilidir.

Lityum-iyon pillerin geliştirilmesiyle ilgili zorluklar nelerdir?

Lityum-iyon pillerin geliştirilmesiyle ilgili temel zorluklardan biri, pilin aşırı ısınmasına ve alev almasına neden olabilecek termal kaçak riskidir. Araştırmacılar, lityum-iyon pillerin güvenliğini artırabilecek yeni malzemeler ve tasarımlar geliştirmek için çalışmaktadır. Bir başka zorluk da sınırlı bir kaynak olan lityumun sınırlı bulunabilirliğidir. Araştırmacılar lityuma olan bağımlılığı azaltmaya yardımcı olabilecek yeni malzeme ve teknolojileri araştırıyor.

Lityum-iyon piller zaman içinde nasıl gelişti?

Lityum-iyon piller 1980’lerde ilk kez piyasaya sürüldüklerinden bu yana önemli ölçüde gelişti. Daha küçük, daha verimli ve daha güçlü hale geldiler. Bu alandaki en son yeniliklerden biri, sıvı yerine katı elektrolit kullanan katı hal lityum iyon pillerin geliştirilmesidir. Bu piller, geleneksel lityum-iyon pillere kıyasla gelişmiş güvenlik ve daha yüksek enerji yoğunluğu sunmaktadır.

Lityum-iyon pillerin başlıca uygulama alanları nelerdir?

Lityum-iyon piller tüketici elektroniği, elektrikli araçlar ve yenilenebilir enerji depolama dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır. Ayrıca giyilebilir cihazlar ve tıbbi implantlar gibi gelişmekte olan teknolojilerde de kullanılmaktadır. Bu teknolojiler gelişmeye devam ettikçe daha küçük, daha hafif ve daha verimli lityum-iyon pillere olan talep de artmaktadır.

Lityum-iyon pillerin çevresel etkisi nedir ve bu etkiyi azaltmak için bazı stratejiler nelerdir?

Lityum-iyon piller, özellikle de yapımında kullanılan malzemelerin madenciliği ve işlenmesi açısından önemli bir çevresel etkiye sahip olabilir. Bu etkiyi azaltmaya yönelik stratejiler arasında pillerin geri dönüştürülmesi ve yeniden kullanılması, alternatif malzeme ve teknolojilerin kullanılması ve pil üretimi ve bertarafının verimliliğinin artırılması yer almaktadır. Araştırmacılar ayrıca lityum-iyon pillerin üretimine güç sağlamak için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını da araştırmaktadır.