Bilim insanları, pil ömrünün neden kısaldığını bulmuş olabilir

Günümüzde hemen her cihazda şarj edilebilir pilleri görebilirsiniz. Ancak bu piller pek çok sefer şarj olsalar da, kullanım ömürleri sonsuz değildir ve giderek düşer Yeni bir çalışma, tam da bunun sebebine ışık tutuyor.

Dizüstü bilgisayarlar, tabletler ve cep telefonları gibi günlük kullanımda olan çoğu cihaz şarj edilebilir pillere bağımlıdır. Bir lityum iyon pilin içinde, iki elektrot (anot ve katot) lityum iyonlarını depolar. Pilin içindeki bir elektrolit, iyonların anottan katoda hareket etmesini sağlar. Bu hareket, yük oluşturan elektronların salınmasına yol açan bir kimyasal zincir başlatır.

Ancak bir Stanford Üniversitesi’nin ekibinin yeni araştırması, lityum iyonlarıyla birlikte katoda doğru hareket eden bazı istenmeyen maddelerin de bulunduğunu öneriyor. Araştırma, hidrojen protonları ve elektronlarının da elektrolit içindeki moleküllerden koptuğunu ve zaman içerisinde katotta birikerek lityum iyonlarının yükü verimli bir şekilde iletememesine sebep olduğunu söylüyor. Bu birikme de, pillerin enerji depolama yeteneğini azaltıyor.

Bir dizi kimyasal reaksiyon bu hidrojen sızıntısının sürekli olarak devam etmesini sağlıyor. Stanford Üniversitesi'nde fizikçi ve kimyager olan Gang Wan, Science News ile yaptığı görüşmede, pillerin kullanılmadıkları zamanlarda bile enerji kaybettiğini belirtti. Wan ve ekibinin, takibi zor olan hidrojeni belirleyerek pillerdeki enerji kaybı sürecinde oynadığı rolü bulmak amacıyla hidrojen yerine daha büyük bir sürümü olan döteryumu kullanması gerekti. Döteryum, hidrojenin tek protonuna ek olarak bir de nötronu olan bir hidrojen izotopudur.

Döteryumu pilin içindeki hareketini takip ettiler

Ekip, kütle spektrometrisi ve X-ışını görüntüleme analiz tekniğini kullanarak, döteryumu pilin içindeki hareketini takip etti ve hidrojenin pil şarjının azalmasındaki temel etkilerini buldu.

Çalışma, belki de daha önemli bir şekilde, bu sızan hidrojen moleküllerini üreten istenmeyen kimyasal değişiklikleri hedefleyerek pilleri iyileştirmenin bir yolu olabileceğini gösteriyor. Ancak, pil tasarımcılarının daha güçlü piller üretme çabaları sırasında katotların hidrojeni çekme yeteneğini arttırarak pil ömrünün kısalmasına sebep olmuş olabileceklerini de öneriyor ve bazı tasarım değişikliklerinin yapılmasının gerekebileceğini gösteriyor.

Elbette, bu tür çalışmalarda her zaman olduğu gibi, sorunun piller genelinde ne kadar yaygın olduğunun belirlenmesi için çok daha fazla araştırma yapılması gerekecek. Eğer bu sorun düşünüldüğü kadar geniş çaplıysa, pil tasarımlarında yapılacak gelişmeler sadece cihazlarımızı daha uzun süre kullanabilmemiz anlamına gelmeyecek, aynı zamanda pil üretimi için sınırlı maden kaynaklarının da daha verimli kullanılabilmesini sağlayacak.

Çalışma Science dergisinde yayınlandı.