Lityum iyon, günümüzde kullanılan en popüler şarj edilebilir pil kimyasıdır. Lityum iyon piller, cep telefonlarımız ve elektrikli araçlarımız gibi her gün kullandığımız cihazlara güç sağlar.

Lityum-iyon piller, koruyucu bir devre kartı ile birlikte tekli veya çoklu lityum-iyon hücrelerden oluşur. Hücre veya hücreler, koruyucu devre kartı olan bir cihazın içine yerleştirildiğinde piller olarak adlandırılırlar.

Lityum İyon Pil Nedir?

Lityum iyon (Li-ion) pil, elektrokimyasının önemli bir bileşeni olarak lityum iyonlarını kullanan gelişmiş bir pil teknolojisidir. Deşarj döngüsü sırasında anottaki lityum atomları iyonize olur ve elektronlarından ayrılır. Lityum iyonları anottan hareket eder ve elektrolitten geçerek katoda ulaşana kadar elektronlarıyla yeniden birleşir ve elektriksel olarak nötralize olur. Lityum iyonları, anot ve katot arasındaki mikro geçirgen bir ayırıcıdan geçebilecek kadar küçüktür. Kısmen lityumun küçük boyutu nedeniyle (sadece hidrojen ve helyumdan üçüncüsü), Li-ion piller, birim kütle ve birim hacim başına çok yüksek voltaj ve şarj depolama kapasitesine sahiptir.

Lityum İyon Pil Bileşenleri Nelerdir?

• Elektrotlar: Bir hücrenin pozitif ve negatif yüklü uçları. Mevcut koleksiyonculara bağlı
• Anot: Negatif elektrot
• Katot: Pozitif elektrot
• Elektrolit: Elektriği ileten bir sıvı veya jel
• Akım toplayıcılar:  Pilin her bir elektrotunda, hücrenin terminallerine bağlı olan iletken folyolar. Hücre terminalleri, pil, cihaz ve pili besleyen enerji kaynağı arasındaki elektrik akımını iletir.
• Ayırıcı: Elektrotları ayıran ve lityum iyonlarının bir taraftan diğerine değişimini sağlayan gözenekli polimerik bir film.

Lityum İyon Pil Avantajları

Diğer yüksek kaliteli şarj edilebilir pil teknolojileriyle (nikel-kadmiyum veya nikel-metal-hidrit) karşılaştırıldığında, Li-ion pillerin bir takım avantajları vardır. Bugün herhangi bir pil teknolojisinin en yüksek enerji yoğunluklarından birine sahiptirler (100-265 Wh/kg veya 250-670 Wh/L). 

Ek olarak, Li-ion pil hücreleri, Ni-Cd veya Ni-MH gibi teknolojilerden 3 kat daha yüksek olan 3,6 Volt’a kadar güç sağlayabilir. 

Bu, Li-ion pillere sahip olan yüksek güçlü uygulamalar için büyük miktarlarda akım sağlayabilecekleri ve aynı zamanda nispeten düşük bakım gerektiren ve pil ömrünü korumak için programlı döngü gerektirmeyen anlamına gelir. 

Li-ion pillerin hafıza etkisi yoktur; bu, tekrarlanan kısmi deşarj/şarj döngülerinin pilin daha düşük bir kapasiteyi ‘hatırlamasına’ neden olabileceği zararlı bir süreçtir. Bu, etkiyi gösteren hem Ni-Cd hem de Ni-MH’ye göre bir avantajdır. 

Li-ion piller ayrıca ayda yaklaşık %1,5-2 gibi düşük bir kendi kendine deşarj oranına sahiptir. Ni-Cd pillerden daha kolay atılmalarını sağlayan toksik kadmiyum içermezler.

Lityum İyon Pil Dezavantajları

Teknolojik vaatlerine rağmen, Li-ion piller, özellikle güvenlik açısından hala bir takım eksikliklere sahiptir. Li-ion piller aşırı ısınma eğilimindedir ve yüksek voltajlarda hasar görebilir. Bazı durumlarda bu, termal kaçak ve yanmaya neden olabilir. Bu, önemli sorunlara, özellikle de Boeing 787 filosunun yerleşik batarya yangınları bildirildikten sonra topraklanmasına neden oldu. 

Bu pillerle ilgili riskler nedeniyle, bazı nakliye şirketleri pillerin uçakla toplu sevkiyatını yapmayı reddediyor. Li-ion piller, bazı durumlarda ağırlığı artırabilen ve performansı sınırlayabilen voltajı ve iç basınçları sınırlamak için güvenlik mekanizmaları gerektirir. 

Li-ion piller de eskimeye maruz kalırlar, bu da kapasitelerini kaybedebilecekleri ve birkaç yıl sonra sıklıkla arızalanabilecekleri anlamına gelir. 

Yaygın olarak benimsenmelerini sınırlayan bir diğer faktör, Ni-Cd’den yaklaşık %40 daha yüksek olan maliyetleridir. Bu sorunları ele almak, teknolojiye yönelik mevcut araştırmalar için önemli bir bileşendir. 

Son olarak, diğer pil türlerine kıyasla Li-ion’un yüksek enerji yoğunluğuna rağmen, benzinden (kütle olarak 12.700 Wh/kg veya hacim olarak 8760 Wh/L içerir) yaklaşık yüz kat daha az enerji yoğunluğuna sahiptirler.

Lityum İyon Piller Nasıl Çalışır?

Bir lityum iyon pilde, lityum iyonları (Li+) katot ve anot arasında dahili olarak hareket eder. Elektronlar dış devrede ters yönde hareket eder. Bu geçiş, pilin cihaza güç vermesinin nedenidir, çünkü elektrik akımını oluşturur.

Pil boşalırken anot, katoda lityum iyonları bırakarak ilgili cihaza güç sağlamaya yardımcı olan bir elektron akışı oluşturur. 

Pil şarj olurken bunun tersi gerçekleşir: lityum iyonları katot tarafından serbest bırakılır ve anot tarafından alınır.

Taykopil, bu alanda TUBİTAK destekli bir projedir. AR-GE çalışmalarımız hızla devam etmektedir. Tüm öneri ve talepleriniz için bizimle iletişime geçebilirsiniz.

Akademik Makalelerimiz

• The effect of vanadium doping on the cycling performance of LiNi_0.5Mn_1.5O₄ spinel cathode for high voltage lithium-ion batteries
• Different Shades of Li₄Ti₅O₁₂ Composites: The Impact of the Binder on Interface Layer Formation
• Electrochemical performance of high voltage LiNi_0.5Mn_1.5O₄ based on environmentally friendly binders
• Effect of doping amount on capacity retention and electrolyte decomposition of LiNi_0.5Mn_1.5O₄-based cathode at high temperature