Lityum-sülfür bataryalar lityum-iyon teknolojisine kıyasla 6 kat daha fazla enerji depolayabiliyor ve bu piller dünyada bolca bulunan daha ucuz ve hafif malzemelerden üretilebiliyor.
REKLAMHayatımızdaki en önemli yere sahip teknolojilerden biri bataryalar. Sadece telefonumuzu, bilgisayarımızı kullanmak veya elektrikli otomobillerle daha uzağa gidebilmek için değil, iklim krizi ile mücadelede yenilenebilir kaynaklarından elde edilen enerjiyi verimli şekilde depolayabilmek ve kullanabilmek için de batarya teknolojilerinin bugünkü 'lityum-iyon' pillerden daha iyi bir seviyeye ulaşması gerekiyor.
Beklenen o yeni teknolojinin 'lityum-sülfür' olabileceği belirtiliyor. Her ne kadar lityum-iyon teknolojisi 2019 Nobel Kimya Ödülü'nü kazandırmış olsa da bir sonraki adımı atabilmek için daha hafif daha uzun ömürlü ve daha ucuz bir çözüme ihtiyaç var.
Teoride lityum-sülfür bataryaları lityum-iyon teknolojisine kıyasla 6 kat daha fazla enerji depolayabilir ve bu piller dünyada bolca bulunan daha ucuz malzemelerden üretilebilir. Şimdiye kadar lityum-sülfür bataryaları kullanışlı değildi çünkü depolanan fazla enerjiden ötürü piller oluşan yüzey stresine dayanamıyor ve fiziki olarak çatlıyordu.
Ancak Avustralya'nın Monash Üniversitesi'nde Mekanik ve Uzay Mühendisliği bölümü Araştırma Görevlisi olan Mahdukt Şaybani ve birlikte çalıştığı farklı disiplinlerden gelen ekip arkadaşları Mainak Majumder ve Matthew Hill lityum-sülfür pillerin çatlamadan yüzlerce defa şarj olup boşalmasına imkan veren yeni bir tasarım oluşturdu.
Sülfürü bu kadar özel yapan ne?
Lityum-iyon bataryaların pozitif elektrodlarını üretmek için nikel ve kobalt gibi az bulunan metaller gerekiyor. Arzı düşüş gösteren ve fiyat artan bu metallerden daha fazla bulunması için yapılacak olan madencilik çalışmalarının sosyal ve çevresel maliyetleri de giderek yükseliyor. 2022 itibarı ile lityum-iyon batarya yapımındaki bazı kilit metallerde ciddi bir arz sıkıntısı yaşanmaya başlanacağı düşünülüyor.
Öbür tarafta sülfür ise son derece bol ve ucuz bir madde. Sıralama olarak dünyada en bol bulunan 16. madde olan sülfürden madenciler yılda 70 milyon ton çıkarabiliyor.
Bunun yanı sıra lityum-sülfür bataryalar farklı bir kimyasal reaksiyon ile çalışıyor. Bu sebepten ötürü de depolama kapasiteleri çok daha fazla oluyor.
Neden şimdiye kadar kullanılamadı?
Lityum-sülfür bir batarya içerisinde enerji, pozitif yüklü lityum iyonlarının polimer ile birbirine tutturulmuş karbon tabanlı sülfür partiküllerinden meydana gelen bir elektrod içerisinde absorbe edilmesi ile depolanıyor. Bu yüksek enerji depolama kapasitesi nedeniyle tam şarj edildiğinde elektrotlar fiziken iki katı büyüyor.
Büyüme ve küçülme sırasında partikül kaybı ve karbon taban ile polimer yapıştırıcıda kalıcı bozulmalar meydana geliyor. Bu bozulmalar nedeniyle batarya hızla verimliliğini kaybediyor ve kullanılamaz hale geliyor.
Sorun nasıl çözüldü?
Partiküllere nefes alma yeri açılarak. Araştırmacılar polimer birleştiriciyi biraz farklı bir işlemden geçirerek üretti ve ortaya çıkan örümcek ağı benzeri yapı hem partikülleri bir arada tutacak kadar sağlam hem de genişlediklerinde baskı oluşturmalarını engelleyecek kadar boşluk sahibi oldu.
Bu esnek elektrodlar şarj stresini absorbe edebildi ve sülfür partiküllerinin tam kapasite ile işlev görmesine imkan tanıdı.
Ne zaman ve nerede göreceğiz bu sülfürlü pilleri?
Prototipler üzerinde çalışmalar devam ederken ilk kullanım alanının enerji santralleri ve elektrikli araçlarda endüstriyel düzeyde olması bekleniyor. Küçük cihazlarda kullanım için henüz oldukça erken. İlk üretim lityum madenciliğinde lider ülkelerden biri olan Avustralya'da yapılacak. Yeni tasarımın 2 ila 4 yıl içerisinde ticari açıdan hazır hale gelmesi öngörülüyor.
