Lityum iyon piller in bu kadar yaygın şekilde kullanılması elbette bir çok üstünlüğüne atfedilebilir. Şu an için yakın gelecekte bu pillerin alternatifinin olduğu düşünülmemekle beraber bir çok alternatifleri geliştirilmeye devam ediyor. Mesela lityum-sülfür piller teoride lityum-iyon pillerden çok daha enerji yoğun özellikteki pillerdir. Ne var ki bu pillerde görülen polisülfit iyonlarının mekik hareketi nedeniyle ömür beklentisi ve verimlilik çok ciddi ölçüde azalmaktadır.
Li-ion pillerden farklı olarak, elektrotlar arasında hareket eden iyonlar, elektrotların içindeki moleküler deliklere girerek orada kalmak yerine elektrotların yüzeylerinde reaksiyona maruz kalırlar Yüzeydeki bu reaksiyonlar, katotun yüzeyinde, pil boşaldıkça boyut olarak küçülen polisülfit iyonları üretir. Başlangıç reaksiyonları katodun yüzeyinde zamanla Li2S'ye dönüşecek olan Li2S8 üretir.
 |
| Lityum Sülfür Piller ve Mekik Hareketi |
Bu, Li-S pillerin çalışmasını sağlayan temel mekanizma olsa da, sülfür iyonları lityum iyonlarını emdiği ve polisülfit moleküllerinin katottan sızmasına neden olduğu için farklı iyonların çevrede bulunan elektrolite salınması önemli bir sorundur. , işlem sırasında bozunur.
İki polisülfür iyon formasyonu arasındaki temel fark, elektrolit içine sızanların, pil döngülerini bitirdiğinde (ilgili elektrotlarına geri dönebilen) tamamen parçalara ayrılmaması ve bunun da uzun dönemli pil verimliliği ve kararlılığını azaltmasıdır.
Polisülfür iyonları elektrolitte çözünür ve bu da iki elektrot arasında 'mekik' hareketinin meydana gelmesini sağlar. Bu mekik hareketinde moleküler iyonlar, tekrar daha uzun zincir haline geldikleri katoda geçmeden önce anotta daha kısa polisülfit zincirlerine indirgenir. Elektrotlar arasında sürekli olarak hareket ettikleri için, hiçbir zaman nötr bir duruma geri dönmezler (yüzey polisülfür iyonları dönerken ) ve şarj ve deşarj mekanizmaları bakımından iş görmez hale gelirlerken aynı zamanda pilin şarj ve deşarj döngülerinin gerçekleşmesini kolaylaştırmak için mevcut olan iyon sayısını azaltırlar.
Takımın yaptığı şey, vücudumuzda daha çok bir nöro-aktarıcı olarak görev alan glutamat molekülünü, en yaygın kullanıma sahip olan elektrolitlerden biri olan Li-S elektrolitine yani bis (triflorometansülfonil) imid (LiTFSI)'e az miktarda (% 4 oranında ) katmak oldu.
Böyle küçük bir değişiklik, Li-S pillerde polisülfid birikmesi olmadan daha uzun çevrim sürelerinde çalışabilme anlamına gelmektedir. Bunun nedeni, polisülfit iyonları üzerinde itici bir etkiye sahip olan glutamatın, polisülfit iyonlarının katottan elektrolite sızma olasılığını azaltmasıdır.
Ticarileştirme Çabaları
Akademik düzeyde çok sayıda çalışma yapılırken, Li-S'nin endüstri tarafından büyük ölçekte üretilmeye başlanması ancak geçen yıl (2019) gerçekleşebilmiştir. [2,3]. İngiltere merkezli şirket Oxis Energy, dünyada Li-S'yi böyle bir ölçekte deneyen ve üreten ilk firmadır ve ilk etapta iyonların elektrolit tarafından bastırılmasından ziyade sızmasını önlemeye odaklanmıştır. Firma saf bir kükürt katotundan ziyade, karbon, kükürt ve diğer Li-S elektrotlarına göre daha yüksek bir verime sahip bir polimer bağlayıcıdan oluşan hibrit bir malzeme kullanmaktadır. Bu malzeme de katodun kimyasal olarak parçalanmasını ve polisülfit iyonlarının çevreleyen elektrolite sızmasını önleyen seramik bir kaplama (pasivasyon katmanı) ile korunmaktadır.
Sonuç
Sonuçta, Li-S pillerinde polisülfür mekik hareketinin önlenmesi, enerji yoğunluklarının ticari Li-ion pillerden beş kata kadar daha fazla olabileceği göz önüne alındığında, bu piller için çok sayıda ticari fırsata imkan verebilecektir. Bütün cephelerde ciddi ilerlemeler kaydediliyor ve eğer araştırma uzun süreler boyunca istikrarlı ve verimli Li-S pilleri üretmeye devam ederse, ticari olarak kullanımlarını görmemiz pek uzun sürmeyecek ― ama yine de kitlesel olarak benimsenmesi uzun bir süre mümkün olmayabilir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder