Pillerde bir sonraki büyük yenilik Lityum-metal olabilir

Eaglesham, Pellion’daki yeni meslektaşlarına, metal anotu güvenli bir şekilde kullanmanın bir yolunu bulmuşlarsa, magnezyumla mücadele etmek yerine lityuma dönmenin daha iyi olacağını düşündü. Böylelikle, lityum iyon teknolojisi üzerine yapılan 30 yıldan fazla süredir, tutarlılık veya voltaj dalgalanmaları gibi küçük ama önemli problemleri çözmek için çalışırken, enerji yoğun bir pil oluştururken ve iğnenin inovasyon üzerinde hareket etmesini sağlayabilirler.

Yangın Deneme

Bilim adamları uzun zamandır bir lityum-metal anodun teorik olarak daha fazla enerji toplayacağını anlamışlardır. Gerçekte, 1970’lerde gelişmekte olan petrol devi Exxon’un ilk lityum-iyon hücreleri, lityum-metal anotlar içerdi. (Exxon piller üzerinde çalışıyordu, çünkü petrolün bir gün tükenmesinden endişe ediyordu .) Tek kullanımlık lityum metal piller aynı zamanda ticarileşti ve günümüzde bile derin deniz sondajı gibi özel uygulamalarda kullanılıyorlar.

Şarj edilebilir lityum-metal pillerin ticarileştirilmesi daha büyük bir zorluktur. 1980’lerde Kanadalı bir girişim olan Moli Energy başarılı olan ilk kişi oldu. Ancak bazı bataryaları ateş yakmaya başladı ve şirket bir hatırlatma yapmak zorunda kaldı. Olay yasal işlem başlattı ve Moli Energy iflas ilan etmek zorunda kaldı.

Şarj edilebilir pillerdeki lityum metal kullanımı üç büyük sorun yaratır. Birincisi, her şeyle reaksiyona girer: su, oksijen ve hatta azot (hepsi çevremizde bulunanlar), bu da ateşe yakalanma olasılığını artırır.

İkincisi, lityumun reaktivitesi, enerjinin zengin olduğu bir ortam olan pilin sıvı elektroliti ile yan reaksiyonlara girdiği anlamına gelir. Bu istenmeyen reaksiyonlar mevcut lityum miktarını azaltır ve her şarj-deşarj döngüsü ile bataryanın ömrünü kötüleştirir.

Üçüncüsü, bir lityum-metal akü boşaldığında, lityum iyonları anodun yüzeyinden ayrılır ve katoda gider. Pil şarj edildiğinde, aynı iyonlar geri döner ve lityum metali olarak anot üzerine çöker. Fakat anot üzerinde güzel ve pürüzsüz bir kaplama oluşturmak yerine, lityum metali, bir ağacın köklerine benzeyen anodun yüzeyinden büyüyen “dendrit” lityum atomlarının zincirlerini oluşturma eğilimindedir. Dendritler her şarj-deşarj döngüsü ile büyür, nihayet katoda ulaşır ve pilin kısa olmasına neden olarak yangınlara yol açar.

1980’lerin sonlarında endüstri bu sorunlarla boğuşurken, Sony grafit anodu icat etti. Daha az enerji yoğun olmasına rağmen, aniden lityum piller çok daha güvenli ve daha güvenilir hale getirdi. O zamandan beri, grafit anotlar sektörün dayanak noktasında kalmıştır.

Ancak yaklaşık 30 yıl sonra, grafit anodunun sınırlamalarına karşı fırça yapıyoruz. Ucuz elektrikli otomobiller ve elektrikli uçaklar gibi yeni nesil uygulamalar , aynı miktarda enerji taşıyan ancak daha az ağırlığa sahip olan ve günümüz pillerinin boşluğunu azaltan pillere ihtiyaç duyacaktır. Bir grup şirket, bir sonraki devrim niteliğindeki anodu inşa etme yarışında bulunuyor ve girişimci kapitalistler, kazanan bir bahis yapma umuduyla yüz milyonlarca dolarlık bir pompa yapıyorlar.

Sıfır lityum durumu

Lityumun yüksek reaktivitesine karşı koymak için, bazı batarya geliştiricileri, lityumun batarya içinde su, oksijen veya azotla doğrudan temas etmesini önlemek için ek güvenlik ekipmanı kurmaya çalıştılar. Bu kaçınılmaz olarak üretim maliyetini artırır.

Ticari drone kullanıcıları gibi bazı müşteriler prim ödemeye hazırdır. Ancak Eaglesham, aynı zamanda bu tür pil üreticilerinin niş pazarların ötesine geçebilecek bir işi olmadığı anlamına geldiğini düşünüyor.

Eaglesham’a göre, maliyetler bir şekilde yeniden ele alınsa bile, içerideki lityum metalli bataryaların güvenlik testlerini geçme olasılığı daha düşük. Bu testler pili aşırı ama gerçek hayat koşullarına sokmak için tasarlanmıştır: bir çiviyi pili delme (bir araba kazasında meydana gelebilir) veya 50 ° C veya 122 ° F’den daha yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtmak otomobillerin veya dronların iç kısımlarının kolayca ulaşabileceği).

Endüstri lityum-metal bir batarya inşa etmeye çalışan ancak başarısız olan şirketlerin örnekleri ile doludur. Örneğin, Arizona’da kurulu Sion Gücü (anot lityum metal ve katot kükürt yapılır) ve bunu kullanılan bir lityum-sülfür pili inşa  rekor  insansız otonom araçlar uçuş. Ancak ticari ölçeğe ulaşmadan önce teknolojiyi terk etti. (Yine de lityum-metal pilleri geliştirmeye çalışıyor, ancak bu sefer farklı bir katot ile.)

Bu yüzden Pellion’un bataryası içinde lityum metal ile başlamaz. Bunun yerine, batarya geleneksel bir lityum-iyon batarya ile aynı şekilde üretilir, bir sıvı elektrolit, yaygın olarak kullanılabilen bir katot ve ömrünü bir bakır levha olarak başlatan bir anot kullanılır. Bu çok önemli çünkü Pellion’un Asya’daki mevcut lityum iyon pil fabrikalarını kullanmasına izin veriyor.

Boşaltılan durumda, Pellion bataryasının katotun içine oturduğu lityum iyonları vardır. Bu sihir, batarya ilk kez şarj edildiğinde meydana gelir ve lityum iyonları katottan ilerler ve bakır anot üzerinde bir lityum metal tabakası olarak biriktirir. İlk şarj, batarya dış ortamdan tamamen kapatıldığında bir durumda gerçekleştirilir ve böylece yeni oluşturulmuş lityum metal tabakası korunur. Bu konfigürasyon “sıfır lityum” veya “lityumsuz” olarak adlandırılır.

Carnegie Mellon Üniversitesi’nde bir pil uzmanı olan Venkat Viswanathan, “Oldukça etkileyici bir başarı” diyor. Başka bir uzman (laboratuarlarında basın kısıtlamaları nedeniyle adlandırılmamasını talep etmişti), ona lityum metal bataryanın “kutsal kabı” adını vermiştir.