•Hücre Kimyası Performansı Belirler
Bir lityum-iyon veya Li-ion pil, enerji depolamak için lityum iyonlarının tersine çevrilebilir indirgemesini kullanan şarj edilebilir pil türüdür. Geleneksel lityum iyon pilinin anodu (negatif elektrodu) genelde karbon’dan yapılan grafit’tir. Katot (pozitif elektrot) genellikle metal oksit’tir. Elektrolit genelde bir organik çözücü içindeki lityum tuz’udur. Kimya, performans, maliyet ve güvenlik özellikleri, lityum iyon pil türlerine göre değişir.
Ticari Li-ion pillerinin çoğu, aktif malzemeler olarak ara ekleme bileşiklerini kullanır. Anot veya negatif elektrot genellikle grafit’tir ancak silikon-karbon da giderek daha çok kullanılmaktadır. Elde taşınan elektronik cihazlarda çoğunlukla birlikte yüksek enerji yoğunluğu sunan lityum polimer piller (elektrolit olarak bir polimer jel ile), lityum kobalt oksit (LiCoO2) katot malzemesi ve grafit anot kullanılır. Lityum demir fosfat (LiFePO4), lityum manganez oksit (LiMn2O4 spinel veya Li2MnO3-bazlı lityum açısından zengin katmanlı malzemeler, LMR-NMC) ve lityum nikel manganez kobalt oksit (LiNiMnCoO2 veya NMC) daha uzun ömürlü olabilir ve daha iyi hız kapasiteli olabilir.
Anot Kapasite Sınırı
Ticari olarak kullanılan en yaygın anot grafit’tir ve tamamen lityumlanmış LiC6 durumunda maksimum 1339 C/g (372 mAh/g) kapasiteyle ilişkilidir. Katot genellikle katmanlı bir oksit (lityum kobalt oksit gibi), bir polianyon (lityum demir fosfat gibi) veya bir spinel (lityum mangan oksit gibi) üç malzemeden biridir. Daha deneysel malzemeler arasında grafen içeren elektrotlar bulunur ancak bunlar yüksek maliyetleri nedeniyle ticari olarak uygun olmaktan uzaktır.
Elektrolit tuzu iyonik iletkenlikle kimyasal ve elektrokimyasal kararlılığı iyi şekilde birleştiren lityum heksaflorofosfattır (LiPF6). Heksaflorofosfat, pozitif elektrot (katot) için kullanılan alüminyum akım toplayıcısını pasifleştirmek için gereklidir. Lityum perklorat (LiClO4), lityum tetrafloroborat (LiBF4) ve lityum bis(triflorometansülfonil)imid gibi diğer tuzlar şeritsiz ve düğme biçimli pillerin araştırmalarda kullanılır ancak genellikle alüminyum akım toplayıcı ile uyumlu olmadıklarından daha büyük pillerde kullanılamaz.
Kapasite Kaybı ve Voltaj Kısıtları
Kapasite kaybı yaşamamak için bekleme voltajında (3.6 volt) bekletilmelidir. Tepe voltaj değeri 4.2’dir. Yaklaşık 500 döngüden sonra %10 kapasite azalması olur. Anlık ve sürekli verebildikleri güce göre kullanım alanları değişir, buna ”C” değeri denir. Örneğin 2000 mAh pilin c değeri 5 ise anlık verebildiği güç 10000 mAh’dır.
Pillere yönelik artan talep, satıcıların ve akademisyenlerin lityum iyon pillerin enerji yoğunluğuna, çalışma sıcaklığına, güvenliğine, dayanıklılığına, şarj süresine, çıkış gücüne, kobalt gereksinimlerinin ortadan kaldırılmasına odaklanmaya, ve pilin teknoloji maliyetini azaltmaya yöneltti. Hâlen performansı artırmak için nanoteknoloji kullanarak yeni mimarilerin kullanılması araştırılmaktadır. Nano ölçekli elektrot malzemeleri ve alternatif elektrot yapıları araştırma konularıdır.
Güvenlik ve Çevre Kısıtları
Lityum-iyon piller, hücreler yanıcı elektrolitlere sahip olduğundan ve hasar gördüğünde veya yanlış şarj edildiğinde patlamalara ve yangınlara yol açabileceğinden, uygun şekilde tasarlanıp üretilmediğinde güvenlik tehlikesi oluşturabilir. Lityum iyon tüm katı hal pilleri, yanıcı elektroliti ortadan kaldırmak için geliştirilmektedir. Stratejiler arasında sulu lityum-iyon piller, seramik katı elektrolitler, polimer elektrolitler, iyonik sıvılar ve yoğun florlu sistemler bulunur.
Stratejik mineraller açısından lityumun genellikle kurak bölgelerde su yoğun olması ve diğer minerallerin genellikle kobalt gibi ihtilaflı mineraller olması nedeniyle madenden çıkarmada önemli sorunları vardır. Her iki çevresel sorun da bazı araştırmacıları mineral verimliliğini ve demir-hava pilleri gibi alternatifleri geliştirmeye teşvik etti.
This explanation is adapted from Wikipedia and is available under CC BY-SA 4.0.
1 comment