Saniyeler İçinde Şarj Edilebilen Sodyum Bataryalar

Pil, kimyasal enerjinin depolanabilmesi ve elektriksel bir forma dönüştürülebilmesi için kullanılan bir devre elemanıdır. Piller, bir veya daha fazla elektrokimyasal hücre, yakıt hücreleri veya akış hücreleri gibi, elektrokimyasal aygıtlardan oluşur.

Bilinen en eski insan yapımı pil MÖ 250 ve MS 640 yılları arasında yapıldığı tahmin edilen Bağdat pilidir. Pillerin gelişimi, 1800 yılında İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından geliştirilen voltaik pil ile başlamıştır. Dünya çapında pil endüstrisi (2005) 48 milyar ABD doları ciroya sahiptir.

Günlük hayatımızda kullanılan pillerin kullanım alanlarına ve kullanılabilirlik sürelerine göre çeşitlere ayrılır.Kurşun-asit pil, Lityum-iyon pil, Lityum-iyon polimer pil, Sodyum-sülfür (NaS) pil, Nikel-demir pil gibi farklı pil çeşitleri olmakla birlikte pil teknolojisi henüz gelişmekte ve araştırılmakta olan bir teknolojidir. Lityum iyon piller kullanım oranı en fazla olan pillerdir.

Bir lityum-iyon veya Li-iyon pil, enerji depolamak için lityum iyonlarının tersine çevrilebilir indirgenmesini kullanan şarj edilebilir pil türüdür. Geleneksel lityum iyon pilinin anodu (negatif elektrodu) genelde karbon dan yapılan grafittir. Katot (pozitif elektrot) genellikle metal oksittir. Elektrolit genelde bir organik çözücü içindeki lityum tuzudur.

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 teknolojileri ile karşılaştırıldığında, Li-ion piller yüksek enerji yoğunluğuna, az kendi kendine boşalmaya sahiptir ve hafıza etkisi yoktur. 

Lityum iyon pillerinin avantajları: 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.

Lityum iyon pillerinin dezavantajları: 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.

Lityumdan 500 kat daha fazla bulunan sodyum, son zamanlarda sodyum-iyon pil teknolojilerindeki potansiyeli nedeniyle büyük ilgi görüyor. Bununla birlikte, mevcut sodyum-iyon bataryalar lityum-iyon pillere göre daha düşük güç çıkışı, kısıtlı depolama özellikleri ve daha uzun şarj süreleri gibi temel sınırlamalarla karşı karşıya kaldıkları için eleştiriliyordu. Ancak araştırmacılar sadece birkaç saniye içinde şarj edilebilen yeni bir sodyum batarya geliştirdi.

Sodyum iyon pil (NIB veya SIB), elektrik 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.

Sodyum-iyon piller 2022 yılına dek ticari hale gelmemişti, ancak dünyanın en büyük pil üreticisi CATL’nin 2023’te SIB’lerin seri üretimine başlayacağını duyurdu. Şubat 2023’te Çinli HiNa Battery Technology Co., Ltd. ilk kez bir elektrikli test arabasına 120 Wh/kg sodyum-iyon pil yerleştirdi.

Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (KAIST) araştırmacılar hızlı şarj yeteneğine sahip yüksek enerjili, yüksek güçlü yeni bir hibrit sodyum-iyon batarya (SIHES) geliştirdiklerini duyurdu. Araştırma ekibi yenilikçi hibrit enerji depolama sistemlerinde tipik olarak bataryalarda kullanılan anot malzemelerini süperkapasitörler için uygun katotlarla entegre etti. Böylelikle hem yüksek depolama kapasitelerine hem de hızlı şarj-deşarj oranlarına erişildi.

Yeni geliştirilen anot ve katottan oluşan birleştirilmiş tam hücre, yüksek performanslı hibrit sodyum-iyon bataryaların önünü açıyor. Bu bataryaların ticari lityum-iyon bataryaların enerji yoğunluğunu aştığı belirtiliyor. Bu gelişme ile birlikte hibrit sodyum-iyon sistemlerinin elektrikli araçlardan akıllı elektronik cihazlara ve havacılık teknolojilerine kadar uzanan çeşitli uygulamalar için kullanıma elverişli olması bekleniyor.Mevcutta bulunan sodyum iyon enerji depolama sistemleri, nispeten yüksek bir enerji yoğunluğu sağlarken düşük bir güç yoğunluğuna sahip oldukları için şarj edilebilirlik açısından zayıf performans sergiliyorlar. Bu nedenle araştırmacılar sodyum-iyon hibrit enerji depolama (SIHES) hücrelerine odaklanmış durumda. Bu depolama sistemi aynı anda yüksek enerji yoğunluğu ve hızlı şarj edilebilir güç yoğunluğuna izin verebileceği için oldukça etkileyici.

KAYNAKLAR

• Kapak Resmi : https://gazeteoksijen.com/bilim-ve-teknoloji/saniyeler-icinde-sarj-edilebilen-yeni-sodyum-batarya-gelistirildi-209174
• Resim 1-2: https://tr.wikipedia.org/wiki/Pil#:~:text=kald%C4%B1r%C4%B1lmas%C4%B1%20gerekti%C4%9Fini%20%C3%B6%C4%9Frenin
• Resim 3: https://gazeteoksijen.com/bilim-ve-teknoloji/saniyeler-icinde-sarj-edilebilen-yeni-sodyum-batarya-gelistirildi-209174
• İçerik:   https://gazeteoksijen.com/bilim-ve-teknoloji/saniyeler-icinde-sarj-edilebilen-yeni-sodyum-batarya-gelistirildi-209174 
  https://tr.wikipedia.org/wiki/Lityum_iyon_pil
  https://tr.wikipedia.org/wiki/Sodyum_iyon_pil