Rusya ve Türkiye'den pil teknolojisinde devrim yaratacak ortak araştırma

Yayınlama: 21.04.2021 15:04:00 Güncelleme: 21.04.2021 15:20:55

Lityum-iyon pillerin yerine lityum-sülfür pil geliştirmek için çalışma başlıyor. TÜBİTAK ve RFBR'nin destekleyeceği projede Boğaziçi Üniversitesi ve Ufa Kimya Enstitüsü birlikte çalışacak

TÜBİTAK Rusya Temel Araştırmalar Kurumu (RFBR) ile İkili İşbirliği Programı kapsamında desteklenmeye hak kazanan Boğaziçi Üniversitesi
Kimya Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Damla Eroğlu Pala'nın  projesi, geleceğin pilleri olarak görülen lityum-sülfür bataryaların  daha uzun ömürlü olabilmesi için batarya performansıyla elektrolit  tasarımı arasındaki ilişkiyi araştıracak. Rusya'dan Ufa Kimya
Enstitüsü (Ufa Institute of Chemistry) ile iş birliği içinde  yürütülecek projenin üç yıl sürmesi planlanıyor.

EĞER BAŞARILI OLURSA PİL FİYATLARINDA BÜYÜK DÜŞÜŞ YAŞANABİLİR
Cep telefonlarından bilgisayarlara ve elektrikli araçlara kadar  kullanılan mevcut en gelişmiş batarya tipinin lityum-iyon bataryalar  olduğunu belirten Doç. Dr. Damla Eroğlu Pala, henüz gelişmekte olan  lityum-sülfür bataryaların ise beş kat daha fazla enerji  depolayabileceğini vurguluyor: "Lityum-sülfür bataryalar henüz ticari  olarak erişilebilir değil, ancak çok gelecek vaadediyor  çünkü bir  lityum-iyon bataryadan beş kat daha fazla teorik özgül enerji  gösteriyor ve daha düşük maliyetli olma potansiyeline sahip."

Lityum-sülfür bataryaların aktif madde olarak sülfürü kullanması da  üretim maliyetini düşürüyor: "Lityum-iyon bataryalarda aktif madde  olarak kobalt bazlı pahalı malzemeler kullanılıyor ve bunlar sadece  belirli ülkelerin kontrolü altında. Oysa lityum-sülfür bataryalarda  kullanılan sülfür hem doğada çok bulunuyor hem de ucuz ve toksik  etkileri yok."

Doç. Dr. Pala, lityum-sülfür bataryaların daha yüksek enerji depolama  kapasitesine sahip olduğu için özellikle elektrikli arabalarda ve  güneş ve rüzgar enerjisinden üretilen elektriğin depolanmasında  kullanılabileceğini de ekliyor.

BATARYA ÖMRÜNÜ DE UZATABİLECEK
Bütün avantajlarına rağmen lityum-sülfür bataryaların günümüzde kullanılamamasının sebebi ise çok uzun ömürlü olmayışları:
"Lityum-sülfür bataryalarda katotta çok sayıda ara reaksiyon oluşuyor ve bu reaksiyonlar sonucunda da elektrolitte çözünebilen lityum  polisülfid denen moleküller ortaya çıkıyor. Bu moleküller anotla katot  arasında polisülfid mekik mekanizması denilen bir taşınma  mekanizmasına giriyor, bu da bataryanın kapasitesini çok hızlı  kaybetmesine ve döngü ömürlerinin çok kısa olmasına neden oluyor."

Bu sorunun bataryaların elektrolit tasarımlarını değiştirerek  çözülebileceğini belirten Doç. Dr. Pala, projede neler yapacaklarını  ise şöyle açıklıyor: "Bahsettiğimiz reaksiyon ve polisülfid mekik mekanizmaları hem elektrolit miktarı hem de elektrolitte kullanılan solvent ve tuz tipinden çok etkileniyor. Bizim yapmak istediğimiz  aslında elektrolitin içindeki solvent ve tuzun özelliklerinin ve  elektrolit miktarının bu mekanizmaları nasıl etkilediğini karakterize  edebilmek. Bunun için birçok farklı türde elektrolit deneyerek  bataryanın performansının nasıl etkilendiğine bakacağız."

Araştırma yöntemlerinin hem modelleme hem de deneysel çalışmalar  içerdiğini belirten Doç. Dr. Damla Eroğlu Pala, "Deneysel olarak  elektrolitin özelliklerinin, kompozisyonunun ve miktarının bataryanın  içindeki reaksiyon mekanizmaları ve batarya performansını nasıl  etkilediğini karakterize edeceğiz ve bu deneylerden elde ettiğimiz  sonuçları geliştireceğimiz kuantum kimyası ve elektrokimyasal  modellerle birlikte değerlendireceğiz," ifadelerini kullandı.

Doç. Dr. Pala, proje kapsamında bir ürün geliştirme hedefleri olmasa  da alınacak sonuçların lityum-sülfür bataryaların ticarileşmesi için  yol göstereceği olacağını vurguluyor: "Lityum-sülfür bataryaların  ticari olarak erişilebilir olması için spesifik enerji ve döngü  ömürlerinin arttırılması gerekmekte, bu sebeple elektrolit miktarı ve özelliklerinin bataryada gerçekleşen reaksiyonları ve dolayısıyla  batarya performansını nasıl etkilediğini görmeliyiz."

BİZİM HAYATIMIZDA NELERİ DEĞİŞTİREBİLİR?
Halen global bazda lityum-sülfür pil teknolojisinin ticarileştirilmesine ilişkin 3-4 çalışma yürütülüyor. Bu teknolojinin ticarileşmesi, günlük hayatımızda kullandığımız ve batarya kullanan tüm cihazlarda pil ve şarj sorununu tarihe gömebilir. Ayrıca ltiyum anotunua karşılık sülfür gibi doğada rahatlıkla bulunan bir katot kullanılması, klasik lityum-iyon pillerde kullanılan karbon bazı ülkelerin tekelinde olduğu için oluşan yüksek fiyatları dibe vurdurabilir. Yani pil maliyetleri düşeceği için cihaz maliyetlerinde de çok ciddi düşüşler gerçekleşebilir. 
Daha da çarpıcı olan olasılık ise, lityum sülfür piller lityum-iyon pillere göre teorik olarak 5 kat daha fazla enerji depolayabiliyor. Ki bu da elektrikli otomobil menzil sorununu tarihe gömebilir. Aynı zamanda hem daha yüksek pil kapasitesi hem de daha ucuz maliyet nedeniyle elektrikli otomobiller ile geleneksel fosil yakıt kullanan otomobiller arasındaki fiyat farkını birbirine ciddi şekilde yaklaştırabilir. Bunun yanında elektrikli otomobil alanlar için en önemli maliyet kalemlerinden biri olan batarya ömrü açısından da Boğaziçi Üniversitesi'nin katıldığı araştırma çok çok önemli. Eğer bahsi geçtiği gibi elektrolit tasarımları değiştirilerek pil ömrünün uzatılması sağlanırsa elektrikli otomobillerin pil ömrü için de çok önemli bir materyal ortaya çıkmış olabilecek.