CUHK'dan Yeni Elektrolit Teknolojisi Lityum İyon Batarya Güvenlik Sorunlarını Çözüyor

Şarj edilebilir pillerin taşınabilir elektronik cihazlarda, elektrikli bisikletler ve yeni enerji araçları için güç kaynakları olarak kullanılması, lityum-iyon pillerin yangınları ve yanmaları nedeniyle meydana gelen güvenlik kazalarının giderek daha fazla küresel dikkat çektiği bir konu haline geldi. 22'sinde CNN tarafından yayınlanan bir rapora göre, Hong Kong Çin Üniversitesi'nden (CUHK) bir araştırma ekibi tarafından geliştirilen yeni bir teknoloji, lityum-iyon pil patlamaları ve yangınları riskini önemli ölçüde azaltabiliyor ve bu teknolojinin önümüzdeki 3 ila 5 yıl içinde ticari olarak uygulanması bekleniyor.

Rapor, lityum-iyon pillerinin akıllı telefonlardan yeni enerji araçlarına kadar çeşitli cihazlarda yaygın olarak kullanıldığını belirtmektedir. Araştırmacılar, lityum-iyon pillerinin normal kullanım senaryolarında iyi bir güvenliğe sahip olduğunu, ancak yanlış kullanımın yangın tehlikelerine ve hatta aşırı durumlarda ölümcül sonuçlara yol açabileceğini ifade etmiştir. Bunun nedeni, lityum-iyon pillerinin içinde bulunan elektrolitin yanıcı olmasıdır. Fiziksel delme, aşırı şarj, aşırı sıcaklık ve nem koşulları veya üretim süreci hataları gibi durumlara maruz kaldıklarında, piller yavaş yavaş stabilitelerini kaybedecektir. Bir anormallik meydana geldiğinde, pil sıcaklığı hızla yükselecek ve elektroliti ateşleyecek, böylece "termal kaçak" olarak bilinen tehlikeli bir zincir reaksiyonunu tetikleyecektir. İlgili istatistiksel veriler, yalnızca 2024 yılında, küresel sivil havacılık taşımacılık sektöründe 89 pil ile ilgili duman, yangın veya yüksek sıcaklık anormal olayı kaydedildiğini göstermektedir; günlük yaşamda, elektrikli bisikletler, elektrikli scooterlar ve diğer cihazların pil yangın kazaları da nadir değildir.

Bu güvenlik sorununu ele almak için, küresel bilimsel araştırma topluluğu, geleneksel sıvı elektrolitleri değiştirmek için yüksek sıcaklık dayanıklı katı veya jel elektrolitleri geliştirmek gibi teknolojik araştırmalar gerçekleştirmiştir. Ancak, bu tür çözümler mevcut pil üretim hatlarında büyük ölçekli değişiklikler gerektirir, bu da sanayileşme eşiğini önemli ölçüde artırır ve teknolojinin yayılma hızını sınırlar. Buna karşılık, CUHK ekibi tarafından önerilen yeni lityum-iyon pil optimizasyon şeması, üretim sürecinin temel bağlantılarını değiştirmeden mevcut elektrolitteki kimyasal bileşenlerin yalnızca değiştirilmesini gerektirir.

Araştırma ekibinden araştırmacılar, lityum iyon bataryalarının yangınlarının temel nedeninin, yüksek basınç altında elektrolitin ayrışması olduğunu açıkladılar; bu durum büyük miktarda ısı açığa çıkarır ve bir zincirleme reaksiyonu tetikler. Yeni geliştirilen elektrolit, bu tehlikeli reaksiyon sürecini doğru bir şekilde engelleyebilen ikili bir çözücü sistemi benimsemektedir. Normal sıcaklık koşulları altında, birinci çözücü bataryanın iç kimyasal yapısının sıkılığını koruyabilir, bataryanın normal performans çıktısını sağlarken; batarya sıcaklığı anormal şekilde yükseldiğinde, ikinci çözücü koruma mekanizmasını hızla aktive eder, kimyasal yapıyı gevşeterek ve termal kaçakla ilgili reaksiyonları yavaşlatarak yangın risklerini kaynağında önler.

CNN, bu yeni teknolojiyi benimseyen lityum-iyon bataryanın bir çiviyle delinmesi sonrası laboratuvar test verilerini alıntılayarak, sıcaklığın yalnızca 3.5 derece Celsius yükseldiğini gösterdi; buna karşılık, geleneksel lityum-iyon bataryaların aynı test koşulları altında sıcaklığı 555 derece Celsius'a fırladı. Araştırmacılar, bu teknik şemanın bataryanın temel performansı ve hizmet ömrü üzerinde olumsuz bir etkisi olmayacağını vurguladılar. Testler, 1000 şarj-boşaltma döngüsünden sonra batarya kapasitesinin hala başlangıç değerinin %80'inden fazlasını koruyabileceğini, ticari uygulama gereksinimlerini tamamen karşıladığını göstermiştir.

Dikkat çekici bir nokta, bu teknolojinin yalnızca elektrolit bileşenlerinin değiştirilmesini içermesi ve mevcut üretim hatlarının değiştirilmesine gerek olmaması nedeniyle hızlı sanayileşme için temel koşullara sahip olduğudur. Büyük ölçekli üretimden sonra, bu teknolojiyi benimseyen lityum-iyon pillerin maliyetinin mevcut ana akım ürünlerle temelde aynı olacağı tahmin edilmektedir. Şu anda, ilgili teknoloji ticarileşme ilerleme aşamasına girmiştir. ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'ndan kıdemli bilim insanı Donald Finnegan, "Bu teknolojik atılım heyecan verici, bu da gelecekteki lityum-iyon pillerin yüksek sıcaklıklar ve kısa devreler gibi aşırı çalışma koşullarına dayanabileceği, yangın risklerini temelde ortadan kaldıracağı anlamına geliyor." şeklinde yorumda bulundu.