İçeriğe atla

Lityum iyon pil

Kontrol Edilmiş
Bir lityum iyon pil
Çeşitli kullanım alanlarına göre lityum iyon piller

Bir lityum-iyon veya Li-iyon pil, enerji depolamak için lityum iyonlarının tersine çevrilebilir indirgemesini kullanan şarj edilebilir pil türüdür. Geleneksel lityum iyon pilinin anodu (negatif elektrodu) genelde karbon'dan yapılan grafit'tir. Katot (pozitif elektrot) genellikle metal oksit'tir. Elektrolit genelde bir organik çözücü içindeki lityum tuz'udur.[1][2]

Taşınabilir tüketici elektroniği ve elektrikli araçlarda en çok kullanılan pil türüdür. Ayrıca şebeke ölçeğinde enerji depolama ve askeri ve havacılık uygulamalarında önemli kullanımı vardır. Diğer şarjlı pil teknolojileriyle karşılaştırıldığında, Li-ion piller yüksek enerji yoğunluğuna, az kendi kendine boşalmaya sahiptir ve hafıza etkisi yoktur (ancak LFP hücrelerinde bildirilen küçük bir hafıza etkisi kötü yapılmış hücrelere kadar izlenmiştir).[3]

Kimya, performans, maliyet ve güvenlik özellikleri, lityum iyon pil türlerine göre değişir. Ticari Li-ion pillerinin çoğu, aktif malzemeler olarak ara ekleme bileşiklerini kullanır. Anot veya negatif elektrot genellikle grafit'tir ancak silikon-karbon da giderek daha çok kullanılmaktadır. Hücreler, enerji veya güç yoğunluğuna öncelik verecek şekilde üretilebilir.[4] Elde taşınan elektronik cihazlarda çoğunlukla birlikte yüksek enerji yoğunluğu sunan lityum polimer piller (elektrolit olarak bir polimer jel ile), lityum kobalt oksit (LiCoO2) katot malzemesi ve grafit anot kullanılır.[5][6] Lityum demir fosfat (LiFePO4), lityum manganez oksit (LiMn2O4 spinel veya Li2MnO3-bazlı lityum açısından zengin katmanlı malzemeler, LMR-NMC) ve lityum nikel manganez kobalt oksit (LiNiMnCoO2 veya NMC) daha uzun ömürlü olabilir ve daha iyi hız kapasiteli olabilir. NMC ve türevleri araçlardan kaynaklanan sera gazı emisyonlarını azaltmak için (Yenilenebilir enerji ile birlikte) ana teknolojilerden biri olan elektrikli araçlarda yaygın kullanılır.[7][8]

M. Stanley Whittingham, 1970'lerde interkalasyon elektrotları kavramını keşfetti ve güvenlik sorunlarından muzdarip olmasına ve asla ticarileştirilmemesine rağmen titanyum disülfit katodu ve lityum-alüminyum anodu temel alan ilk şarjlı lityum-iyon pili yaptı.[9] John Goodenough, 1980 yılında lityum kobalt oksiti katot olarak kullanarak bu çalışmayı geliştirdi.[10] 1991 yılında Yoshio Nishi liderliğindeki Sony ve Asahi Kasei ekibi tarafından ticarileştiren Lityum metal yerine karbonlu anotlu modern Li-ion pilin ilk prototipi 1985 yılında Akira Yoshino tarafından geliştirildi.[11]

Lityum-iyon piller, hücreler yanıcı elektrolitlere sahip olduğundan ve hasar gördüğünde veya yanlış şarj edildiğinde patlamalara ve yangınlara yol açabileceğinden, uygun şekilde tasarlanıp üretilmediğinde güvenlik tehlikesi oluşturabilir. Güvenli lityum-iyon pillerin üretiminde birçok gelişme ilerleme kaydetmiştir.[12] Lityum iyon tüm katı hal pilleri, yanıcı elektroliti ortadan kaldırmak için geliştirilmektedir. Uygun olmayan şekilde geri dönüştürülen piller, özellikle zehirli metallerden olmak üzere zehirli atık oluşturabilir ve yangın riski altındadır. Ayrıca, hem lityum hem de pillerde kullanılan diğer önemli stratejik mineraller, lityumun genellikle kurak bölgelerde su yoğun olması ve diğer minerallerin genellikle kobalt gibi ihtilaflı mineraller olması nedeniyle, madenden çıkarmada önemli sorunları vardır. Her iki çevresel sorun da bazı araştırmacıları mineral verimliliğini ve demir-hava pilleri gibi alternatifleri geliştirmeye teşvik etti.

Lityum-iyon piller için araştırma alanları, diğerlerinin yanı sıra kullanım ömrünün uzatılması, enerji yoğunluğunun artırılması, güvenliğin artırılması, maliyetin düşürülmesi ve şarj hızının artırılmasıdır.[13][14] Tipik elektrolitte kullanılan organik çözücülerin yanıcılığı ve uçuculuğuna dayalı olarak güvenliği artırmanın yolu olarak yanıcı olmayan elektrolitler alanında araştırmalar devam etmektedir. Stratejiler arasında sulu lityum-iyon piller, seramik katı elektrolitler, polimer elektrolitler, iyonik sıvılar ve yoğun florlu sistemler bulunur.[15][16][17][18]

Kapasite kaybı yaşamamak için bekleme voltajında (3.6 volt) bekletilmelidir. Tepe voltaj değeri 4.2'dir. Yaklaşık 500 döngüden sonra %10 kapasite azalması olur. Lityum polimer pillere göre daha güvenlidir. Anlık ve sürekli verebildikleri güce göre kullanım alanları değişir, buna ''C'' değeri denir. Örneğin 2000 mAh pilin c değeri 5 ise anlık verebildiği güç 10000 mAh'dır. (Ortalama olarak laptoplarda 2C 4/5/6 amper, scooter vb. araçlarda 5C 10 amper, matkaplarda, yoğun güç gereken yerlerde 10C 20 amper piller kullanılır.) Farklı lityum pil tasarımları ise lityum polimer pil (lithium polymer cell), lityum demir fosfat (LiFePO4) ve lityum titanat pil hücreleridir. Matkap, laptop, robot süpürge ve scooter gibi araçlarda 18650 olarak nitelenen pil vardır.

Tarihçe

Dikdörtgen A&TB 1050 mA·h prizmatik Lityum iyon hücre serisi LGQ863448H

Lityum pil ilk olarak Gilbert N. Lewis tarafından 1912 yılında icat edilmiştir. İlk yeniden doldurulamayan pil hücreleri ise 1970'lerin ilk yıllarında ortaya çıkmıştır. Yeniden doldurulabilir lityum iyon pillerin piyasaya sürülebilmeleri yaklaşık 20 yıllık bir çalışmadan sonra mümkün olmuştur. İlk ticari versiyon 1991 yılında John B. Goodnogh yönetimindeki çalışma grubu Sony tarafından bulunmuştur.

Türkiye'de de silindirik lityum iyon piller (18650) Türk Silahlı Kuvvetlerini Güçlendirme Vakfı'nın bir kuruluşu olan ASPİLSAN Enerji tarafından üretilmektedir.

Tasarım

Kapatmadan önce silindirik hücre (18650)
Lityum-iyon pil izleme elektroniği (aşırı şarj ve derin deşarj koruması)
Ölçek için alkalin AA içeren 18650 boyutunda bir lityum iyon hücresi. 18650, örneğin dizüstü bilgisayarlarda veya EA'lar'da kullanılır

Genel olarak, geleneksel bir lityum-iyon pilin negatif elektrotu karbon'dan yapılmış grafit'tir. Pozitif elektrot tipik olarak bir metaldir oksittir. Elektrolit, organik çözücü içindeki lityum tuz'udur.[1] Anot (negatif elektrot) ve katot'un (pozitif elektrot) kısa devre yapması ayırıcı tarafından önlenir.[2] Anot ve katot, akım toplayıcı adı verilen bir metal parçası ile harici elektroniklerden ayrılır.[19] Elektrotların elektrokimyasal rolleri, hücreden geçen akımın yönüne bağlı olarak anot ve katot arasında tersine döner.

Ticari olarak kullanılan en yaygın anot grafit'tir ve tamamen lityumlanmış LiC6 durumunda maksimum 1339 C/g (372 mAh/g) kapasiteyle ilişkilidir.[20] Katot genellikle katmanlı bir oksit (lityum kobalt oksit gibi), bir polianyon (lityum demir fosfat gibi) veya bir spinel (lityum mangan oksit gibi) üç malzemeden biridir.[21] Daha deneysel malzemeler arasında grafen içeren elektrotlar bulunur ancak bunlar yüksek maliyetleri nedeniyle ticari olarak uygun olmaktan uzaktır.[22]

Lityum pil (araştırma ödevi)

Lityum-iyon pil izleme elektronik devresi (aşırı şarj ve derin deşarj koruması)
Alkalin AA ölçüsüyle bir 18650 boyutlu lityum iyon pili. 18650 dizüstü bilgisayarlarda veya EV'lerde kullanılır.

Genellikle geleneksel lityum iyon pilin negatif elektrotu karbon'dan yapılır. Pozitif elektrot genelde bir metal oksit'tir. Elektrolit, organik çözücüdeki lityum tuzudur.[1] Elektrotların elektrokimyasal rolleri, pilden geçen akımın yönüne bağlı olarak anot ve katot arasında tersine döner.

En çok ticari kullanılan anot (negatif elektrot), grafit olup, LiC6'nın tamamen litlenmiş halinde, maksimum 1339 C/g (372 mAh/g) kapasitelidir.[20]

Pozitif elektrot genellikle şu üç malzemeden biridir: katmanlı oksit (lityum kobalt oksit gibi), polianyon (lityum demir fosfat gibi) veya spinel (lityum manganez oksit gibi).[21] Grafen elektrotlu malzemeler denenmektedir ancak bunlar yüksek maliyetleri nedeniyle ticari olarak uygulanabilir değildir.[22]

Lityum suyla şiddetli şekilde reaksiyona girerek lityum hidroksit (LiOH) ve hidrojen gazı oluşturur. Bu nedenle genelde susuz elektrolit kullanılır ve sızdırmaz bir kap pil paketindeki nemi dışarıda tutar. Sulu olmayan elektrolit, etilen karbonat ve propilen karbonat gibi organik karbonatların karışımıdır ve kompleksleri lityum iyonlarını içerir.[23] Etilen karbonat, negatif karbon anot üzerinde katı elektrolit ara fazı yapmak için gereklidir ancak oda sıcaklığında katı olduğundan etilen karbonatı çözmek için propilen karbonat eklenir.

Elektrolit tuzu iyonik iletkenlikle kimyasal ve elektrokimyasal kararlılığı iyi şekilde birleştiren lityum heksaflorofosfattır (LiPF6). Heksaflorofosfat, pozitif elektrot (katot) için kullanılan alüminyum akım toplayıcısını pasifleştirmek için gereklidir. Titanyum şerit, alüminyum akım toplayıcıya ultrasonik kaynak yapılarak birleştirilir.

Lityum perklorat (LiClO4), lityum tetrafloroborat (LiBF4) ve lityum bis(triflorometansülfonil)imid gibi diğer tuzlar (LiC2F6NO4S2) şeritsiz ve düğme biçimli pillerin araştırmalarda kullanılır[24] ancak genellikle alüminyum akım toplayıcı ile uyumlu olmadıklarından daha büyük pillerde kullanılamaz. Nikel şeritle nokta kaynakla birleştirilen bakır folyo, anot (negatif) akım toplayıcısı olarak kullanılır.

Malzeme seçimlerine göre, lityum iyon pilin voltajı, enerji yoğunluğu, ömrü ve güvenliği değişir. Hâlen performansı artırmak için nanoteknoloji kullanarak yeni mimarilerin kullanılması araştırılmaktadır. Nano ölçekli elektrot malzemeleri ve alternatif elektrot yapıları araştırma konularıdır.[25]

Pillere yönelik artan talep, satıcıların ve akademisyenlerin lityum iyon pillerin enerji yoğunluğuna, çalışma sıcaklığına, güvenliğine, dayanıklılığına, şarj süresine, çıkış gücüne, kobalt gereksinimlerinin ortadan kaldırılmasına odaklanmaya,[26][27] ve pilin teknoloji maliyetini azaltmaya yöneltti.

Avantajlar

Lityum iyon piller diğer kimyasallarla hazırlanan denklerine oranla sıklıkla çok daha hafiftirler. Bunun sebebi lityum iyon pillerin en üst seviyede doldurulabilme yoğunluklarıdır. Lityum iyon piller küçük ve taşınabilirdir. Lityum iyon piller için hafıza etkisi sorunu yoktur, dolayısıyla bu pilleri şarj etmek için tam olarak boşalmalarını beklemek gerekmez. Ayrıca yine aynı nedenden dolayı şarjı yarıda kesmek pil için olumsuz bir etki yaratmaz.

Dezavantajlar

Lityum iyon pillerin en belirgin kusuru kullanım ömürlerinin üretim tarihlerinden itibaren başlamasıdır. Üretildiklerinden sonra şarj edilseler de edilmeseler de ömürleri üretim tarihinden itibaren azalmaya başlamaktadır. Ancak bu kusur muhtemel müşterilere (topluma) pek duyurulmaz.

%100 şarj seviyesindeki ve çoğunlukla 25 °C sıcaklıkta bulunan tam dolu tipik bir dizüstü bilgisayar pili, geri dönüşü olmayacak şekilde her yıl kapasitesinin %20'sini kaybeder. Bu kapasite kaybı ürünün üretim tarihinden itibaren başlar ve pil hiç kullanılmasa bile devam eder. Değişik depolama/saklama dereceleri değişik pil ömrü kayıplarına yol açmaktadır. 0 °C'de %6, 25 °C'de %20 ve 40 °C'de %35 kayıpla karşılaşılabilir.

Eğer lityum iyon pil %40 dolu olarak depolanırsa/saklanırsa pil kapasitesindeki kayıp değerleri düşer. Bu değerler %40 dolu pilde 0 °C'de %2'ye, 25 °C'de %4'e, 40 °C'de ise %15'e düşer.

Eğer pil %0'a kadar boşaltılırsa bu durum "tam boşaltma" olarak adlandırılır ve bu durum pilin kapasitesini düşürür. Yaklaşık olarak 100 tam boşaltma pilin kapasitesinde %75 ila %80 arası bir kapasite kaybına yol açar. Dizüstü bilgisayarlarda ya da cep telefonlarında kullanıldığında bu kayıpların anlamı üç-beş yıllık bir kullanımın ardından pilin kapasitesinin kullanılamayacak kadar düşecek olmasıdır.

Lityum iyon piller hafıza etkisinden etkilenmezler ancak nikel metal hidrür ya da nikel kadmiyum piller kadar uzun ömürlü değildirler. Hatalı kullanıldıklarında çok tehlikeli olabilirler. İleri kimya bilgisi ve gelişmiş çalışmalar gerektirdiklerinden çoğunlukla daha pahalıdırlar.

Uyarılar

Lityum iyon piller yüksek ısıya ya da doğrudan güneş ışığına maruz bırakılırlarsa kolayca tutuşabilir ya da patlayabilir. Asla sıcak bir havada arabada bırakılmamalıdır.[28]

Yeni teknolojiler

2005 yılında farklı firmalar tarafından yeni gelişmeler kaydedilmiştir. Prototip pillerde, var olan lityum iyon pillerin üç katına kadar fazla enerji depolanabilirken tam doldurma süresi de 8 dakikaya kadar düşürülmüştür.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ a b c Silberberg, M. (2006). Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change, 4th Ed. New York (NY): McGraw-Hill Education. p. 935, 0077216504.
  2. ^ a b Li, Ao; Yuen, Anthony Chun Yin; Wang, Wei; De Cachinho Cordeiro, Ivan Miguel; Wang, Cheng; Chen, Timothy Bo Yuan; Zhang, Jin; Chan, Qing Nian; Yeoh, Guan Heng (January 2021). "A Review on Lithium-Ion Battery Separators towards Enhanced Safety Performances and Modelling Approaches". Molecules (İngilizce). 26 (2): 478. doi:10.3390/molecules26020478 Özgürce erişilebilir. ISSN 1420-3049. PMC 7831081 $2. PMID 33477513. 
  3. ^ "Understanding memory effect in Lithium-ion batteries • EVreporter". 25 Temmuz 2022. 26 Temmuz 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  4. ^ Lain, Michael J.; Brandon, James; Kendrick, Emma (December 2019). "Design Strategies for High Power vs. High Energy Lithium Ion Cells". Batteries (İngilizce). 5 (4): 64. doi:10.3390/batteries5040064 Özgürce erişilebilir. Commercial lithium ion cells are now optimized for either high energy density or high power density. There is a trade off in cell design between the power and energy requirements. 
  5. ^ Mauger, A; Julien, C.M. (28 Haziran 2017). "Critical review on lithium-ion batteries: are they safe? Sustainable?" (PDF). Ionics. 23 (8): 1933-1947. doi:10.1007/s11581-017-2177-8. 2 Mart 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 2 Mart 2023. 
  6. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; E-electric20200604 isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: )
  7. ^ "Transportation @ProjectDrawdown". Project Drawdown (İngilizce). 9 Şubat 2020. 1 Nisan 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Mart 2022. 
  8. ^ Zhang, Runsen; Fujimori, Shinichiro (19 Şubat 2020). "The role of transport electrification in global climate change mitigation scenarios". Environmental Research Letters (İngilizce). 15 (3): 034019. Bibcode:2020ERL....15c4019Z. doi:10.1088/1748-9326/ab6658 Özgürce erişilebilir. ISSN 1748-9326. 2 Mart 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Mart 2023. 
  9. ^ "Binghamton professor recognized for energy research". The Research Foundation for the State University of New York. 30 Ekim 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Ekim 2019. 
  10. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 2019". Nobel Prize. Nobel Foundation. 2019. 9 Ekim 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Ocak 2020. 
  11. ^ "Yoshio Nishi". National Academy of Engineering. 11 Nisan 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Ekim 2019. 
  12. ^ Review: A review of lithium-ion battery safety concerns: The issues, strategies, and testing standards 7 Aralık 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
    Elsevier Journal of Energy Chemistry Volume 59, August 2021, Pages 83-99. DOI:10.1016/j.jechem.2020.10.017
  13. ^ Eftekhari, Ali (2017). "Lithium-Ion Batteries with High Rate Capabilities". ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 5 (3): 2799-2816. doi:10.1021/acssuschemeng.7b00046. 
  14. ^ "Rising Lithium Costs Threaten Grid-Scale Energy Storage - News". eepower.com (İngilizce). 9 Haziran 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Kasım 2022. 
  15. ^ Hopkins, Gina (16 Kasım 2017). "Watch: Cuts and dunks don't stop new lithium-ion battery - Futurity". Futurity. 10 Temmuz 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Temmuz 2018. 
  16. ^ Chawla, N.; Bharti, N.; Singh, S. (2019). "Recent Advances in Non-Flammable Electrolytes for Safer Lithium-Ion Batteries". Batteries. 5: 19. doi:10.3390/batteries5010019 Özgürce erişilebilir. 
  17. ^ Yao, X.L.; Xie, S.; Chen, C.; Wang, Q.S.; Sun, J.; Wang, Q.S.; Sun, J. (2004). "Comparative study of trimethyl phosphite and trimethyl phosphate as electrolyte additives in lithium ion batteries". Journal of Power Sources. 144: 170-175. doi:10.1016/j.jpowsour.2004.11.042. 
  18. ^ Fergus, J.W. (2010). "Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries". Journal of Power Sources. 195 (15): 4554-4569. Bibcode:2010JPS...195.4554F. doi:10.1016/j.jpowsour.2010.01.076. 
  19. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; :3 isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: )
  20. ^ a b G. Shao et al.: Polymer-Derived SiOC Integrated with a Graphene Aerogel As a Highly Stable Li-Ion Battery Anode ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 41, 46045–46056
  21. ^ a b Thackeray, M. M.; Thomas, J. O.; Whittingham, M. S. (2011). "Science and Applications of Mixed Conductors for Lithium Batteries". MRS Bulletin. 25 (3): 39-46. doi:10.1557/mrs2000.17. 
  22. ^ a b El-Kady, Maher F.; Shao, Yuanlong; Kaner, Richard B. (July 2016). "Graphene for batteries, supercapacitors and beyond". Nature Reviews Materials. 1 (7): 16033. Bibcode:2016NatRM...116033E. doi:10.1038/natrevmats.2016.33. 
  23. ^ MSDS: National Power Corp Lithium Ion Batteries 26 Haziran 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. (PDF). tek.com; Tektronix Inc., 7 May 2004. Retrieved 11 June 2010.
  24. ^ Xu, Kang (1 Ekim 2004). "Nonaqueous Liquid Electrolytes for Lithium-Based Rechargeable Batteries". Chemical Reviews. 104 (10): 4303-4418. doi:10.1021/cr030203g. PMID 15669157. 
  25. ^ Joyce, C.; Trahy, L.; Bauer, S.; Dogan, F.; Vaughey, J. (2012). "Metallic Copper Binders for Lithium-Ion Battery Silicon Electrodes". Journal of the Electrochemical Society. 159 (6): 909-914. doi:10.1149/2.107206jes. 
  26. ^ "COBRA". Cobra. 21 Mayıs 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  27. ^ "CORDIS". 3 Haziran 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  28. ^ Chen, Mingyi; Liu, Jiahao; He, Yaping; Yuen, Richard; Wang, Jian (1 Ekim 2017). "Study of the fire hazards of lithium-ion batteries at different pressures". Applied Thermal Engineering (İngilizce). 125: 1061-1074. doi:10.1016/j.applthermaleng.2017.06.131. ISSN 1359-4311. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Lityum</span> sembolü Li atom numarası 3 olan kimyasal element

Lityum, sembolü Li atom numarası 3 olan kimyasal elementtir. Periyodik tabloda 1. grupta alkali metal olarak bulunur ve yoğunluğu en düşük olan metaldir. Lityum, yüksek reaktifliğinden dolayı doğada saf hâlde bulunmaz. Yumuşak ve gümüşümsü beyaz metaldir. Havada bulunan oksijenle reaksiyona giren lityum, lityum oksit (Li2O) oluşturur. Bu oksitlenme reaksiyonunu engellemek için yağ içinde saklanır. Hava ve su tarafından hızlı bir şekilde oksitlenip kararır ve lekelenir. Lityum metali doldurulabilir pillerde (örnek olarak cep telefonu ve kamera pili) ve ağırlığa yüksek direniş göstermesi sebebiyle alaşım olarak hava taşıtlarında kullanılır. Li+ iyonunun nörolojik etkilerinden dolayı, lityumlu bileşikler farmakolojik olarak sakinleştiricilerde kullanılır.

Elektrokimya, kimya biliminin bir alt dalı olup elektronik bir iletken ile iyonik bir iletken (elektrolit) arayüzeyinde gerçekleşen reaksiyonları inceler. Elektrokimyada amaç kimyasal enerji ve elektrik enerjisi arasındaki değişimi incelemektir.

Alüminyum-hava pilleri, havadaki oksijenin alüminyum ile reaksiyonundan elektrik üretir. Tüm piller arasında en yüksek enerji yoğunluklarından birine sahiptirler, ancak yüksek anot maliyeti ve geleneksel elektrolitler kullanılırken çıkan yan ürün sorunları nedeniyle yaygın olarak kullanılmazlar. Bu durum, kullanımlarını esas olarak askeri uygulamalarla sınırlamıştır. Bununla birlikte, alüminyum pillere sahip bir elektrikli araç, bir lityum iyon pilin menzilinin sekiz katına kadar potansiyele sahiptir.

<span class="mw-page-title-main">Süper kapasitör</span> Elektronik

Bir süper kapasitör (SC), bazen ultracapacitor, olarak bilinir ve yüksek kapasiteli bir elektrokimyakapasitorü ile kapasitans değerleri 10.000’de = 1.2 volt köprü boşluğu arasında elektrolitik kapasitörler ve piller ile şarj edilebilir. Onlar genellikle birim hacim başına 10 ila 100 kat daha fazla enerji veya elektrolitik kapasitörler daha kütle mağaza, kabul ve şarj çok daha hızlı pil vermekle kalmaz ve çok daha fazla şarj ve şarj edilebilir pillere göre daha fazla yükleme ve boşaltma yapabilir. Ancak belirli şartlar altında geleneksel pillere göre 10 kat daha büyüktür.

<span class="mw-page-title-main">Lityum polimer pil</span> Polimer elektrolit kullanılan Lityum-iyon pil

Lityum polimer pil veya daha doğrusu lityum-iyon polimer pil, sıvı elektrolit yerine jel polimer elektrolit kullanan, lityum-iyon teknolojisine sahip şarj edilebilir bir pildir. Bu piller, diğer lityum pil türlerinden daha yüksek özgül enerji sağlar ve mobil cihazlar, radyo kontrollü uçaklar ve bazı elektrikli araçlar gibi ağırlığın kritik bir özellik olduğu uygulamalarda kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Cıva pil</span>

Cıva pil şarj edilemeyen bir elektrokimyasal pil, birincil bir pildir. Cıva pilleri, alkalin bir elektrolit içinde merkürik oksit ile çinko elektrotları arasında bir reaksiyon kullanır. Deşarj sırasındaki voltaj 1.35 Volt'ta pratik olarak sabit kalır ve kapasitesi benzer şekilde boyutlandırılmış çinko karbon pilinden daha fazladır. Cıva pilleri saatler, işitme cihazları, kameralar ve hesap makineleri için düğme pilleri biçiminde ve diğer uygulamalar için daha büyük formlarda kullanıldı.

<span class="mw-page-title-main">Gümüş oksit pil</span>

Gümüş oksit pil ağırlık oranı açısından çok yüksek bir enerjiye sahip olan bir primer hücredir. Düğme hücreler olarak küçük boyutlarda ya da gümüş oksit kimyasının üstün performansının maliyet unsurlarından daha fazla olduğu geniş özel tasarımlı pillerde mevcuttur. Bu daha büyük hücreler çoğunlukla askeri uygulamalar, örneğin MK-37 Torpido ya da alfa sınıfı denizaltılarda bulunur.

<span class="mw-page-title-main">Metal-hava elektrokimyasal hücre</span>

Metal-hava elektrokimyasal hücre, saf metalden yapılmış bir anod ve çevre havasının harici bir katodunu, tipik olarak bir sulu elektrolit ile kullanan bir elektrokimyasal hücredir.

<span class="mw-page-title-main">Akira Yoshino</span>

Akira Yoshino, Nobel Kimya Ödüllü Japon kimyagerdir. Asahi Kasei şirketinin bir çalışanı ve Nagoya'daki Meijo Üniversitesi'nde profesördür. Dünyada ilk defa olarak cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlarda kullanılacak olan güvenli, üretilebilir lityum iyon pili icat etti. Yoshino, 2019 yılında M. Stanley Whittingham ve John B.Goodenough ile Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü.

Katı hal pili, lityum iyon veya lityum polimer pillerde bulunan sıvı veya polimer jel elektrolitler yerine katı elektrolit kullanan bir pil teknolojisidir.

Sodyum iyon pil, elektirik yükü taşıyıcıları olarak sodyum iyonlarını kullanan şarj edilebilir pildir. Çalışma prensibi ve hücre yapısı, lityum iyon pil (LIB) türleri ile benzerdir, ancak lityum yerine sodyum kullanılır. SIB'ler, eşitsiz coğrafi dağılım, yüksek çevresel etki ve lityumlu piller için gereken ancak sodyum-iyon pil türü için zorunlu olmayan lityum, kobalt, bakır ve nikel gibi birçok malzemenin yüksek maliyeti nedeniyle 2010'lar ve 2020'lerde ilgi gördü. Sodyum-iyon pillerin en büyük avantajı, sodyumun doğal bolluğudur. SIB'lerin benimsenmesine yönelik zorluklar, düşük enerji yoğunluğu ve yetersiz şarj-deşarj döngülerini içerir.

Lityum demir fosfat (LiFePO4 veya LFP pil (lityum ferrofosfat) pil; Katot olarak lityum demir fosfat (LiFePO4) ve anot olarak metalik arkalıklı bir grafit karbon kullanan bir lityum iyon pildir. Düşük maliyet, yüksek güvenlik, düşük toksisite, uzun döngü ömürleri ve diğer faktörler nedeniyle, LFP pilleri araç kullanımında, şebeke ölçeğinde yedek güç sistemlerinde yer bulmaktadır. LFP piller kobalt içermez. Eylül 2022 itibarıyla EV'ler için LFP tipi pilin pazar payı %31'e ulaştı ve bunun %68'i yalnızca Tesla ve Çinli EV üreticisi BYD üretiminden geldi. Çinli üreticiler şu anda LFP pil tipi üretiminde neredeyse tekele sahiptir. 2022'de patent sürelerinin dolmaya başlaması ve daha ucuz pillere olan talebin artmasıyla LFP tipi üretimin 2028'de lityum nikel manganez kobalt oksit (NMC) tipi pilleri geçecek şekilde artması bekleniyor.

Lityum nikel manganez kobalt oksitler (Li-NMC, LNMC veya NMC ), lityum, nikel, manganez ve kobaltın karışık metal oksitleridir. LiNixMnyCozO2 genel formülüne sahiptirler. En önemli temsilcileri, x + y + z'den oluşan geçiş metali sitesinde az miktarda 1'e yakın lityum bulunan bir bileşime sahiptir. Ticari NMC numunelerinde, bileşim tipik olarak < %5 fazladan lityum içerir. Bu gruptaki malzemeler yapısal olarak lityum kobalt(III) oksit (LiCoO2) ile yakından ilişkili katmanlı bir yapıya sahiptir ancak stokiyometride ideal bir Mn(IV), Co(III) ve Ni(II) 1:1:1 yük dağılımına sahiptir.

Alüminyum-iyon piller, alüminyum iyonlarının yük taşıyıcı olarak görev yaptığışarj edilebilir bir pil sınıfıdır. Alüminyum, iyon başına üç elektron değiştirebilir. Bu, bir Al3+ eklenmesinin üç Li+ iyonuna eşdeğer olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, Al3+ (0,54 Å ) ve Li+ (0,76 Å) iyon yarıçapları benzer olduğundan, önemli ölçüde daha yüksek sayıda elektron ve Al3+ iyonları katotlar tarafından çok az hasarla kabul edilebilir. Al, Li'nin 50 katı (23,5 megavat-saat m-3) enerji yoğunluğuna sahiptir ve bu kömürden bile yüksektir.

Potasyum-iyon pil, şarj aktarımı için potasyum iyonları kullanan bir pil türüdür ve lityum-iyon pillere analogdur. 2004 yılında İranlı/Amerikalı kimyager Ali Eftekhari tarafından icat edildi.

Polimer bazlı pil, dökme metaller yerine organik malzemeler kullanır. Metal bazlı piller, sınırlı kaynaklar, olumsuz çevresel etki ve yaklaşan ilerleme sınırı nedeniyle zorluklar yaşamaktadır. Redoks aktif polimerler, sentezlenebilmeleri, kapasiteleri, esneklikleri, hafiflikleri, düşük maliyetleri ve düşük toksisiteleri nedeniyle cazip seçeneklerdir.

Lityum-sülfür pil bir tür şarj edilebilir pildir. Yüksek özgül enerjisi ile dikkat çekmektedir. Lityumun düşük atom ağırlığı ve kükürdün orta derecede atom ağırlığı, Li-S pillerin nispeten hafif olduğu anlamına gelir. Ağustos 2008'de Zephyr 6 tarafından en uzun ve en yüksek irtifa insansız güneş enerjisiyle çalışan uçak uçuşunda kullanıldılar.

Nanotop piller, karbon ve lityum demir fosfat gibi çeşitli malzemelerden oluşabilen nano boyutlu toplardan yapılmış katot veya anotlu deneysel bir pil türüdür. Nanoteknoloji kullanan piller, artırılmış yüzey alanları nedeniyle hızlı şarj ve deşarj gibi yüksek performansa izin pillerdir.

<span class="mw-page-title-main">Vanadyum redoks pili</span>

Vanadyum akış pili (VFB) veya vanadyum redoks akışlı pil (VRFB) olarak da bilinen bir tür şarj edilebilir akışlı pildir. Yük taşıyıcı olarak vanadyum iyonlarını kullanır. Pil, tek bir elektroaktif element içeren bir pil yapmak için vanadyumun dört farklı oksidasyon durumunda bir çözelti içinde var olma yeteneğini kullanır. Göreceli büyüklükleri de dahil olmak üzere çeşitli nedenlerle, vanadyum piller tipik olarak şebeke enerji depolaması için kullanılır, yani enerji santrallerine/elektrik şebekelerine takılır.

<span class="mw-page-title-main">Akış pili</span> Akış Bataryası

Akış pili veya redoks akış pili, bir zarın iki tarafında sistemden pompalanan sıvılarda çözünmüş iki kimyasal bileşen tarafından kimyasal enerjinin sağlandığı bir tür elektrokimyasal hücredir. Hücre içindeki iyon transferi, her iki sıvı da kendi ilgili alanlarında dolaşırken zar üzerinden gerçekleşir. Hücre voltajı kimyasal olarak Nernst denklemi ile belirlenir ve pratik uygulamalarda 1,0 ila 2,43 volt arasında değişir. Enerji kapasitesi elektrolit hacminin, güç elektrotların yüzey alanının bir fonksiyonudur.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.