Elektrikli araçlardan akıllı telefonlara, tıraş makinelerinden laptoplara kadar birçok şarj edilebilen cihazlarda kullanılıyor Lityum-İyon bataryalar. Gelin bu bataryaların geçmişine ve çalışma mantığına bir göz atalım.
Ortaya Çıkış Süreci
İlk şarj edilebilir piller Stanley Whittingham tarafından 1970 yılında ortaya kondu. Bu bataryalar Titanyum Disülfat katodu ve Lityum-Alüminyum anodundan oluşan iki katmana sahipti. Bu batarya 1977 yılında patentlendi ve Amerikalı bir petrol şirketi olan Exxon’un kullanımına sunuldu. John Goodenough adlı bir diğer kimyager ise bu fikri 1980 yılında biraz daha geliştirip, Lityum Kobalt oksidini katot olarak kullanarak yeniden üretti. Ama ilk Lityum-İyon prototipini, eski çalışmaların üzerine kendi çalışmalarını da ekleyerek, başarılı bir şekilde üretip, kullanıma sunan asıl kimyager Akira Yoshino adlı Japon kimyagerdir. 1985 yılında geliştirdiği ilk prototipi, 1991 yılında Sony ve Asahi Kasei ekibi, Yoshio Nishi önderliğinde bir araya gelerek bir ürün için kullanılabilir hale getirdiler. Bu batarya ilk geliştirilen bataryaların aksine daha güvenilir ve daha performanslı çalıştığından dolayı günümüze kadar kullanımı devam etmiştir ve uzun süreler boyunca da kullanılmaya devam edilecek gibi görünüyor. Bu bataryalar sayesinde 2019 yılında Yoshino, Goodenough ve Whittingham Nobel ödülü almaya hak kazandılar.
Tasarımı ve Çalışma Mantığı:
Lityum-İyon bataryaların genel özelliklerinden birisi, katot kısmının Karbon malzemeden ve Anot kısmının da tipik bir metal oksitten oluşmasıdır. Elektrolit görevini de organik bir çözücü olan Lityum tuzu gerçekleştirir. Bunlar arasındaki elektron akışı sayesinde ise piller enerji kazanır ve güç kaynağı olarak kullanılmaya elverişli olur.
Bu elektrik akışı ise şöyle gerçekleşir. Elektronlar grafiti negatif yükle yükledikleri sırada serbest olan Lityum iyonları grafitlerin arasına bağlanır ve elektriklenme meydana gelir. Bu da bataryanın şarj olmasını sağlar. Deşarj olabilmesi için ise elektronlar şema üzerinde görüldüğü gibi katot tarafa doğru yol alırlar. Bu esnada da lityum iyonları tekrardan yer değiştirerek metal oksite yönelirler. Bu da enerjinin boşalmasına sebep olur. Bu bataryalar temelde hücre başına 3.6-3.7 aralığında volt üretir ve 4.2 voltta şarj olmaları gerekir.
Pil Sağlığı:
iPhone kullanan herhangi birisinin ayarlar sekmesinden görebildiği, Android kullanıcılarının ise üçüncü parti yazılımlarla erişebildiği bu özellik aslında bataryadaki lityumun ömrünü ifade eder. Günümüzde yaygınlaşmakta olan elektrikli araçlarda da durum bu şekildedir. Bataryalar belli bir ömre sahiptir, bir süre sonra şarjınızın daha hızlı bitmesi ve yavaş şarj olması da bataryanızdaki lityumların işlevlerini yerine getirememesinden kaynaklanmaktadır. Tabii ki bu işlem geleneksel pillere göre daha uzun bir süreçte gerçekleşir. Bataryanın saklanma koşullarına göre kapasite düşme hızı değişir. Bu da batarya sağlığına etki eder. Mesela eğer tamamen dolu olan bataryayı oda koşullarında saklarsanız senede %20 kapasıte kaybederler. Bu durum sıcaklığın değişmesiyle de farklı sonuçlar verebilmektedir. Bataryanın en uygun kullanım şekli %15 ile %80 arası kullanımdır. Tam doldurma ve tam boşaltma bataryanın ömrünü normalden daha hızlı bir biçimde azaltır.
Avantajları:
Diğer bataryalarla karşılaştırıldığında Lityum-İyon bataryalar daha hafiftir. Bunun nedeni bataryanın en üst seviyedeki doldurabilme yoğunluklarıdır. Genelde boş bir batarya ile dolu bir bataryanın ağırlığı arasında elle hissedilecek kadar büyük bir fark yoktur. Ayrıca bu pillerin tam olarak boşalmalarını beklemeden şarja takabilirsiniz.
Dezavantajları:
Bu bataryaların en büyük dezavantajları, ömürlerinin üretim tarihinden başlamasından kaynaklanıyor. Bu bataryaya sahip cihaz alacağınız zaman bataryanın üretim tarihini dikkate alın. Eğer bataryanın üretim tarihi eskiyse en yakın zamanda yeni bir batarya ile değiştirmek cihazınızın sağlığı için daha etkili bir yöntem olacaktır. Maalesef bu bataryalar nikel ya da kadmiyum piller kadar uzun ömürlü olmadıklarından belli bir süre sonra değişim ihtiyacı bulundururlar.