Lityum-iyon piller, akıllı telefonlardan elektrikli araçlara kadar günlük hayatımızda kullandığımız birçok cihazın vazgeçilmez enerji kaynağı haline geldi. Ancak bu pillerin sınırlı ömrü, hem kullanıcılar hem de çevre için önemli bir sorun teşkil ediyor. Şimdi ise Amerika Birleşik Devletleri’ndeki araştırmacılar, lityum-iyon pillerin ömrünü %50’ye kadar uzatabilecek basit ama etkili bir yöntem keşfetti.
Lityum iyon bataryaların ömrü tam %50 artabilir
Joule dergisinde yayınlanan araştırmaya göre, lityum-iyon pillerin ilk şarjlarının yüksek akımla yapılması, pillerin döngü ömrünü önemli ölçüde uzatıyor. Bu keşif, yapay zekâ destekli bilimsel makine öğrenmesi teknikleri kullanılarak yapıldı ve pil teknolojisinde çığır açabilecek potansiyele sahip.
Yeni üretilen bir lityum-iyon pilin pozitif elektrotu, üretim aşamasından hemen sonra tamamen lityum ile dolu oluyor. Ancak her şarj ve deşarj döngüsünde bir miktar lityum kaybı yaşanıyor. Araştırmanın başyazarlarından Xiao Cui, bu lityum kayıplarını en aza indirmenin pil ömrünü uzatmanın anahtarı olduğunu belirtiyor.
Peki, yüksek akımla ilk şarj işlemi pil ömrünü nasıl uzatıyor? Bunun sırrı, pilin negatif elektrodunda oluşan “katı elektrolit arayüzü” (SEI) adı verilen bir tabakada yatıyor. Pilin fabrika çıkışındaki ilk şarjı sırasında oluşan bu tabaka, negatif elektrotu yan reaksiyonlardan koruyarak pilin zamanla daha fazla lityum kaybetmesini ve hızlı bir şekilde bozulmasını engelliyor. İşte bu SEI tabakasının doğru bir şekilde oluşması, pilin uzun ömürlü olması için kritik bir önem taşıyor.
Geleneksel pil üretim süreçlerinde, pilin ilk şarjı genellikle düşük akımlarla yapılıyor. Bu yöntem, daha sağlam bir SEI tabakası oluşturacağı düşüncesiyle tercih ediliyor; ancak uzun şarj süreleri ve yüksek maliyetlere yol açıyor.
Ancak SLAC-Stanford Pil Merkezi’ndeki araştırmacılar, Toyota Araştırma Enstitüsü (TRI), Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve Washington Üniversitesi’nden bilim insanlarıyla işbirliği yaparak yüksek akımda şarjın etkilerini inceledi. Makine öğrenmesi yöntemlerini kullanarak, SEI tabakasının oluşumunu etkileyen tüm olası faktörleri test eden araştırmacılar, iki ana unsurun öne çıktığını belirledi: Sıcaklık ve akım şiddeti.
Araştırma ekibi, düşük akım yerine yüksek akım kullanmanın sadece daha iyi sonuçlar vermekle kalmayıp aynı zamanda pilin ömrünü ortalama %50 oranında artırdığını kanıtladı. Hatta bazı durumlarda bu oran %70’e kadar çıkabiliyor. Araştırmacılar durumu “su dolu kabı taşımadan önce bir miktar suyun boşaltılmasına” benzetiyor. Benzer şekilde, ilk şarjda pilde daha fazla lityum iyonunun devre dışı bırakılması, uzun vadede pil performansını artırıyor.
Bu çığır açıcı araştırma, pilin kimyasını değiştirmeden, sadece üretim sürecinin son adımında yapılan küçük bir değişiklikle büyük faydalar sağlanabileceğini gösteriyor. Bu basit ama etkili yöntem, hem üretim maliyetlerini azaltma hem de enerji depolama sistemlerinin verimliliğini artırma potansiyeline sahip. Bu keşfin, gelecekte daha uzun ömürlü ve sürdürülebilir pillerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynaması bekleniyor.