Neden Lityum Bazlı Piller Kullanıyoruz? 4 Alternatif

Lityum bazlı piller her yerde ve her şeyde ama neden diğer seçenekler yerine bu pilleri kullanıyoruz?

Lityum bazlı piller onlarca yıldır hayatımızın ayrılmaz bir parçası olmuştur ve çeşitli elektronik cihazlar için gereklidir. Peki lityum bazlı piller neden bu kadar popüler hale geldi ve orada daha iyi alternatifler var? Bir gün lityum bazlı pillerin yerini ne alabilir?

Lityum Bazlı Piller Nedir.
Lityum bazlı piller (lityum-iyon piller) günümüzde en yaygın pil türüdür. Lityum bazlı pil fikri ilk olarak 1976’da İngiliz kimyager Michael Stanley Whittingham tarafından önerildi. Lityum bazlı piller ilk olarak birkaç yıl sonra, 1991’de seri üretime geçtiklerinde geniş ölçekte ticari olarak temin edilebilir hale geldi.

Lityum bazlı bir pil, lityum demir fosfat, lityum kobalt oksit, lityum manganez oksit ve lityum nikel manganez kobalt oksit dahil olmak üzere en dikkate değer varyantlarla birçok biçimde olabilir. Bu piller, her biri bir pozitif elektrot (katot), bir negatif elektrot (anot) ve bir elektrolitten oluşan küçük güç hücreleri içerir.

Hücre içinde, lityum iyonları pozitif ve negatif elektrotlar arasında hareket eder ve elektrolit hareket vektörü olarak hareket eder. Lityum iyonları (Li+) pozitif bir yüke sahiptir ve bu nedenle negatif elektrot tarafından çekilir. İki elektrot da temel bileşenlerden oluşur. Tipik bir lityum kobalt oksit pil durumunda, katot lityum kobalt oksitten yapılırken, anot genellikle grafit olarak bilinen karbon bazlı bir bileşikten yapılır.

Katot, pozitif lityum iyonlarının bir kısmını verecek ve daha sonra elektrolit yoluyla anoda ilerleyerek pilin güç çıkışı için kullanacağı enerjiyi serbest bırakacaktır. Bu hızlı ve basit süreç artık dünya çapında milyarlarca insan cihazlarını çalıştırmak için güveniyor.

Birçok lityum-iyon pil markası tek kullanımlıktır. Bir cihaza haftalarca, aylarca ve hatta yıllarca güç sağlayabilecek olsalar da, pil bittiğinde atılmalı ve değiştirilmelidir. Ancak, şarj edilebilir lityum bazlı piller , kullanıcılara para tasarrufu sağlayabildikleri ve daha az atık üretebildikleri için artık çok popüler.

Ama tam olarak neden lityum bazlı piller en iyi seçimdir? Onları üreticiler ve tüketiciler için bu kadar çekici bir seçenek yapan nedir?

Neden Lityum Bazlı Piller Kullanıyoruz?
Diğer pil türlerine göre daha uzun ömürlü olmaları nedeniyle ağırlıklı olarak lityum bazlı piller kullanıyoruz. Üreticiler, hafif ve kompakt kalırken birkaç gün güç sağlayan piller üretmek ve satmak istiyor. Ayrıca, Temiz Enerji Enstitüsüne göre , Lityum-iyon pillerin kendi kendine boşalma oranı ayda yaklaşık %1-2 gibi çok düşüktür, yani her kullanıldıklarında toplam güç kapasitelerinin daha düşük bir yüzdesini kaybederler.

Lityum-iyon piller, basit bir kimyasal işlemle enerji üretebilir ve bu da onları üreticiler için çok cazip bir seçenek haline getirir. Buna ek olarak, lityum iyon pillerin enerji yoğunluğu onları en çok tercih edilen seçenek haline getiriyor. Standart bir lityum-iyon pil 260-270wh/kg (kilogram başına watt-saat) kapasiteye sahipken, kurşun-asit piller yalnızca 50-100wh/kg kapasiteye ulaşabilir ( Dragonfly Energy‘ye göre ). Lityum-iyon pillerin enerji yoğunluğu , elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılmalarının da önemli bir nedenidir .

Bu faktörler nedeniyle, lityum bazlı piller genel halk arasında popülerdir ve satın almaları pahalı değildir. Belirli marka veya model pillerin fiyatları daha yüksek olabilirken, standart lityum bazlı piller genellikle oldukça uygun fiyatlıdır ve dünya çapında milyonlarca mağazada mevcuttur.

Ancak lityum iyon piller kesinlikle mükemmel değildir. Aslında, bu inanılmaz derecede popüler güç kaynağıyla ilgili bazı göze batan sorunlar var.

Lityum Bazlı Pillerle İlgili Sorun
Lityum-iyon pillerle ilgili en büyük sorunlardan biri, yarattıkları atık miktarıdır. Pek çok kişi, piller tükendiğinde çevreye zarar veren pilleri normal çöp kutusuna atmayı tercih ediyor.

Lityum-iyon piller, diğer genel, geri dönüştürülemeyen atıklarla birlikte atıldığında, bir çöplükte son bulurlar. Buraya indiklerinde, bileşenleri etrafa sızabilir ve çevreye ciddi şekilde zarar verebilir. Lityum, nikel, kobalt ve manganezin tümü ciddi kontaminasyon riskleri oluşturabilir ve tümü çeşitli lityum bazlı pil türlerinde bulunur.

Üstelik bu pil türü için lityum çıkarımı gezegenimize de zarar veriyor. Lityum, tuz madenciliği veya buharlaştırma yoluyla çıkarılabilir ve her iki işlem de çevre üzerinde kötü bir etkiye sahiptir. Kirlenme, artan su tuzluluğu, CO2 emisyonları ve biyolojik çeşitlilik kaybı, lityum ekstraksiyonunun endişe verici yan etkileridir.

Lityum pil pazarının 2020 ile 2026 arasında ( Statista tarafından bildirildiği üzere) yüzde 14,6 oranında büyümesinin beklendiği göz önüne alındığında , lityum çıkarma işleminin çevresel bir tehdit oluşturması muhtemeldir. Bu aynı zamanda EV üretim endüstrisinde büyüyen bir endişedir .

Peki, alternatifler neler?
En İyi 4 Lityum Bazlı Pil Alternatifi

1. Tuzlu Su Bataryaları
Tuzlu su okyanusları gezegenimizin üçte ikisini kaplar. Peki, bu kaynak enerji üretimi için nasıl kullanılabilir?

Tuzlu su pilleri, güç üretmek için konsantre bir tuzlu su çözeltisi kullanır. Tuzlu su pilleri ayrıca bir anot ve bir katot içerir ve tuzlu su çözeltisi pozitif sodyum iyonları (Na+ iyonları) için elektrolit (veya vektör) görevi görür. Sodyum iyonları katottan anoda hareket ederek enerji üretir.

Tuzlu su pillerinde gerçek deniz suyu kullanılmaz, ancak okyanustan büyük miktarlarda tuz toplanabilir ve bu piller için kullanılabilir. Pil yapmak için tuzlu su kullanmak, pillerde kullanılan lityum, kobalt, nikel ve diğer metaller için kullanılan ekstraksiyon işlemlerinden çok daha az çevreye zarar verebilir.

2. Cam Piller
Cam piller kulağa biraz alışılmadık gelebilir ama büyük bir potansiyele sahipler. Cam pil, ilk olarak 2017’de fizikçi John Goodenough tarafından kavramsallaştırılan nispeten yeni bir fikirdir. “Goodenough pil” olarak bilinen bu pil, elektrolit olarak cam kullanır. Akü elektrolitleri genellikle sıvı haldeyken, cam akü tamamen katıdır.

Katı bir elektrolitin kullanılması, sıvı elektrolitlerden önemli ölçüde daha güvenlidir, yangın olasılığını azaltır ve düzenli depolama alanlarında sızma riskini ortadan kaldırır. Dahası, cam pil lityum iyon pillerden daha uzun süre dayanabilir ve bu da onları genel olarak daha sürdürülebilir bir alternatif haline getirir. Tuzlu su pillerinden bahsederken bahsedildiği gibi, geleneksel pil metallerinden daha sürdürülebilir bir kaynak olan cam pilde de sodyum kullanılır.

3. Sodyum-Kükürt Piller
Sodyum kükürt (NaS) piller, erimiş anotlar ve katotlar kullanan bir tür sıvı hal pilidir. Bu durumda, anot ve katot, birincisi erimiş sodyum ve ikincisi erimiş kükürt olmak üzere sıvı bir biçimde gelir. Bu piller, lityum iyon pil icat edilmeden önceki 1960’lardan beri var olmuştur. Ancak NaS pilin dünyamızda nasıl bir potansiyeli var?

Sodyum kükürt pillerin en büyük avantajı, lityum iyon pillere göre daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmalarıdır. Aslında, Sidney Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, 2022’de lityum iyon pillerin enerji kapasitesinin dört katı olan bir sodyum kükürt pil geliştirdiler. Dahası, sodyum kükürt piller, lityum iyon pillerden daha az toksiktir ve bu, bizim için iyi bir haberdir. Çevre.

4. Kenevir Pilleri
Kenevirin lityum iyon pillerin yerini alma potansiyeline sahip olduğunu düşünmezsiniz, ancak bu bitki çok yönlülüğünü bir kez daha kanıtladı. Bununla birlikte, bu pillerin bir uyarısı vardır: çalışmak için hala lityum gibi ağır metaller kullanırlar.

Eco Watch, araştırmacılar tarafından 2022’de geliştirilen kenevirle çalışan bir pil örneğinin güç üretim sürecinde lityum ve kükürt kullandığını bildirdi. Buradaki fark, nikel veya kobalt gibi diğer ağır metallerin kullanılmaması ve pilin kendisinin geleneksel lityum iyon türevlerine göre daha iyi bir performansa sahip olmasıdır. Bunun nedeni, kenevir katodun tekrarlanan döngüler yoluyla ömrünü uzatmasına yardımcı olmasıdır.

Kenevir bazlı piller de daha uygun maliyetlidir ve elektrikli araçlarda kullanılması düşünülmektedir. Farklı EV pil türleri hakkında bilgi edinmek için konuyla ilgili özel makalemize göz atın .

Pil Endüstrisi Gelecekte Çok Daha Çevreci Olabilir
Halihazırda lityum-iyon pillere bu tür umut verici alternatifler çalışırken, pil endüstrisinin geleceği hakkında düşünmek heyecan verici. Bu tür alternatifler başarılı bir şekilde ticarileştirilirse, sayısız çevresel sorunu ve felaketi önleyebiliriz. Sonuç olarak, lityum iyon değişimleri için bir kazan-kazan durumu!