Yeni teknolojilerle ilgili klasik bir ironi vardır. Bu teknolojileri benimseyenler kendilerini herkesin istediği üç şeyden ikisiyle kısıtlamak zorunda kalıyorlar: hız, ucuzluk ve performans. Teknoloji pil olduğunda bu kriterler arasından seçim yapmak daha da zordur. Ucuzluk ve hızlı şarj önemlidir, ancak “performans” kriteri, ihtiyaçlarınıza bağlı olarak hafiflik, düşük hacim veya uzun ömürlülük gibi farklı anlamlara da gelebilir. Gerçekten hızlı şarj istiyorsanız, muhtemelen bir miktar kapasiteden vazgeçmeniz de gerekebilir.
İlginizi Çekebilir: 300 SAAT PİL ÖMRÜ MÜ OLUR?! | HyperX Cloud Alpha Wireless Kulaklık İnceleme
Lityum pillerinin teknolojileri ve devasa üretim kapasitelerine rağmen alternatif pillere yönelik araştırmalar sürüyor ve hâlâ yeni bir pil teknolojisinin fiyatlarda büyük bir düşüş veya bazı performans ölçülerinde büyük bir artış sağlayabileceğine dair umutlar var.
Geçtiğimiz günlerde pil teknolojisinde düşük fiyat ve yüksek performans vadeden bir makale yayınlandı. Makaleye göre alüminyum kükürt piller, düşük maliyetli hammadde, rekabetçi boyut ve lityum iyon pillere göre ağırlık başına daha fazla kapasite sunma gibi özellikler taşıyorlar. En önemli özelliklerinden birisinin de bir dakikadan çok daha kısa sürede tam olarak şarj olan hücrelere sahip oldukları belirtiliyor. Şu anda bu pillere ait en önemli sorun, çalışmak için 90°C‘ye (neredeyse suyun kaynama noktası) ihtiyaç duymalarıdır.
İçindekiler
Alüminyum, Pil Sorunlarını Çözebilir mi?
İnsanlar bir süredir yüksek teorik kapasitelerinden yola çıkarak alüminyum bazlı piller üzerinde kafa yoruyorlar. Her alüminyum atomu lityumdan biraz daha ağır olsa da çekirdeği daha yüksek pozitif yüklü elektronları çektiği için alüminyum atomları ve iyonları fiziksel olarak daha küçüktür. Ek olarak alüminyum, atom başına kolayca üç elektrondan vazgeçecektir, bu da ilgili her iyon için çok fazla yük değiştirebileceğiniz anlamına geliyor.
Büyük bir sorun da kimyasal olarak alüminyumun berbat olmasıdır. Birçok alüminyum bileşiği suda yüksek oranda çözünmez, oksitleri de son derece kararlıdır. Birkaç şarj/deşarj döngüsünün ardından küçük bir reaksiyon olması durumunda pilin bozulması oldukça kolaydır. Bu nedenle, çalışmalar devam ederken, yüksek teorik kapasiteler genellikle pratikte asla ulaşılamayacak bir hedef gibi görünüyordu.
Yeni çalışmanın anahtarı, bir alüminyum metal elektrot yapmakla ilgili büyük sorunlardan birini zaten çözmüş olduğumuzu fark etmekti. Bunu da tamamen farklı bir alanda yapmıştık. Saf metal elektrotlar, gerçek bir kimyasal süreç olmadan ve metal iyonlarını doldurmak için ek malzemelere ihtiyacınız olmadığından, basitlik ve hacim açısından büyük artışlar sunar. Ancak metal, pil elektrotları üzerinde düzensiz bir şekilde birikme eğilimindedir ve sonunda, diğer pil bileşenlerine zarar verene veya hücreyi tamamen devre dışı bırakana kadar büyüyen dendrit adı verilen dikenler üretir. Bu nedenle, metalin nasıl eşit şekilde bir arada tutulacağını bulmak büyük bir engeldi.
Alüminyumu nasıl eşit şekilde bir arada tutabileceğimizi zaten bildiğimizdir. Alüminyumu başka bir metal üzerine elektrolizle kaplamak istediğimizde bunu her zaman yaparız.
Bu işlem genellikle erimiş bir alüminyum klorür tuzu kullanılarak yapılır. Alüminyum ve klor iyonları, erimiş tuz içinde uzun alternatif atom zincirleri oluşturma eğilimindedirler. Alüminyum bir yüzeye biriktiğinde, bu zincirlerin merkezinden dışarı çıkma eğilimi gösterir ve zincirin geri kalanının fiziksel kütlesi bunu düz bir yüzey üzerinde yapmayı kolaylaştırır.
Alüminyum iyonları erimiş tuz içinde aynı zamanda bir elektrottan diğerine hızla hareket edebilir. Buradaki sorun, alüminyum klorürün sadece 192°C’de erimesidir. Erime, biraz sodyum klorür ve potasyum klorürün karıştırılması ile suyun kaynama noktasının altı olan 90°C‘ye indirilebilir.
Tuzlu Sandviç
Araştırmadaki pil içerisinde bir elektrot, lityumdu ve diğer elektrolit ise sıvı alüminyum klorürdü. Bu, tanımlanması gereken ikinci bir elektrot olduğu anlamına geliyor. Burada, kükürt veya selenyum gibi periyodik tabloda oksijenin altındaki elementlerle kimyasal bir bileşik olarak alüminyum depolamanın birçok örneği vardı. Ekip, görüntüleme amacıyla selenyum ile çalıştı, deneysel bir pil hücresi oluşturdu ve beklentilere göre davrandığını da doğruladı.
Alüminyumun genel görüntüsü, bazı şarj ve deşarj döngülerinden sonra yüzeyin biraz bloklu olduğunu, ancak pile zarar verebilecek büyük veya sivri uzantıların çıkmadığını gösterdi. Selenyum elektrotundaki reaksiyonlar, elektrot yüzeyine çıkmadan önce tuzu eritmeye başlamış gibi görünüyordu. Hücre genel olarak düzinelerce döngü boyunca istikrarlı performans ve alüminyumun sağlaması gereken ağırlık başına yüksek kapasite türü gösterdi. Böylece ekip, gerçekten ilgilendikleri hücreleri oluşturmaya ve test etmeye devam etti: alüminyum kükürt.
Yavaş deşarj hızlarında, alüminyum kükürt hücreleri ağırlık başına yük kapasitesi göz önüne alındığında lityum iyon pillere oranla üç kattan daha fazla şarj kapasitesine sahipti. Bu rakam, şarj/deşarj oranı arttıkça düştü, ancak performans mükemmel kaldı. Hücre, iki saatten uzun sürede boşalmış ve sadece altı dakikada şarj olsa bile yine de ağırlık başına lityum iyon pillerden yüzde 25 daha yüksek bir şarj kapasitesine sahipti ve 500 döngüden sonra bile bu kapasitenin kabaca yüzde 80‘ini korudu. Bu, şu anda kullandığımız lityum iyon pillerinin yapısının çok ötesinde.
Şarj süresi bir dakikadan biraz daha az kısaltıldığında, ağırlık başına kapasitenin kabaca bir lityum iyon pildekine eşit olduğu ve bu kapasitenin yüzde 80‘inden fazlasının 200 döngüden sonra hâlâ kullanılabilir durumda olduğu görüldü. Ağırlık başına kapasite lityum iyondan elde edilenin yarısından biraz fazla olmasına rağmen pil hücresinin 20 saniyenin altındaki tam şarjı bile tolere edebildiği de belirtildi.
tarafından verilmektedir.