Cep telefonlarından elektrikli arabalara kadar giden bir surec halinde piller boylu boyunca hayatımıza girdiler. Hatta şu anda kullandığımız bircok teknoloji icin piller değişilmez guc kaynakları olarak karşımızda duruyor. En verimli pil teknolojisi olan lityum iyon piller, bu cihazlara enerji sağlamak icin kullanılıyor. Ama yapılan yeni calışmalar, lityum iyon pillere umut verici alternatifler sunuyor.
Proceedings of the National Academy of Sciences ’da yayınlanan yeni bir calışmada potasyum metaline dayanarak geliştirilen bir pil teknolojisinde, dendrit olarak bilinen lityum iyon pillerin kalıcı sorununa bir cozum sunuldu. Cok daha ucuz ve bol bulunan bir metal olan potasyumun pillerde kullanılması, pil teknolojisinin daha hızlı gelişmesini sağlayabilir.
Piller, temelde iki elektrot icerirler: katot ve anot. Lityum iyon pillerine bakıldığında, katot bolumunde lityum kobalt oksit, anot bolumunde ise grafit bulunur. Pilin şarj edilmesi ve depolanan gucun kullanılmasında, lityum iyonları bu iki elektrot arasında hareket ederler.

Yapılan yeni pil araştırmasında bilim insanları, ilk olarak lityum kobalt oksit yerine potasyum oksiti katotta kullanmayı duşunduler. Potasyum daha buyuk ve ağır bir element olduğu icin enerji yoğunluğu daha azdır. Bu nedenle katotta potasyum oksidin kullanılması pilin performansını azaltır. Rensselaer Politeknik Enstitusu ’nden araştırmacılar, bunun yerine anot bolumunde yer alan grafitin yerine potasyum metali yerleştirmeyi denediler.
Rensselaer Politeknik Enstitusu ’nde mekanik, havacılık ve nukleer muhendislik profesoru olan Nikhil Koratkar, anotta grafit yerine potasyum kullanılmasının performans acısından geleneksel lityum iyon pillere alternatif olabileceğini acıkladı.
Potasyumdan elde edilen piller buyuk umitler vaat etmekle beraber bir sorun da gosterdiler. Araştırmacılar, pilin deneyleri sırasında anot kısmında dendrit adı verilen metal tortuların biriktiğini fark ettiler. Dendritler, pilin tekrar tekrar şarj edilmesi ve boşaltılması sırasında potasyum metalinin eşit olmayan şekilde birikmesi nedeniyle oluştu. Koratkar, zamanla potasyum metal kumelerinin uzadığını ve neredeyse dal gibi olduğunu acıkladı.

Bu dallar cok uzadıklarında elektrotların birbirine temas etmesini engelleyerek bataryada kısa devre oluşmamasını sağlayan membranı deliyor. Membranın delinmesi, pilin kısa devre yapmasına neden oluyor. Pilde oluşacak kısa devre ise ortaya cıkardığı ısı ile elektrolitin alev almasına neden oluyor.
Proceedings of the National Academy of Sciences ’da yayınlanan makalede Nikhil Koratkar ve ekibi bu sorunun nasıl cozulduğunu acıklıyor. Araştırmacılar, bataryanın nispeten yuksek bir şarj ve deşarj oranında calıştırarak pilin icerisindeki sıcaklığı kontrollu bir şekilde yukselttiler. Sıcaklığın kontrollu bir şekilde yukseltilmesi, anottaki dendritlerin kendiliğinden iyileşmesine neden oldu.
Pil icerisindeki sıcaklık artışı potasyum metalini eritmezken, yuzey difuzyonunu aktive etmeye yardımcı oluyor. Boylece potasyum iyonları oluşturdukları yığınları yanal olarak hareket ettirerek dendritlerin yumuşamasına neden oluyor.

Koratkar, potasyum metal piline uygulanacak bu cozumun, geceleri veya pil kullanılmadığında dendritlerin iyileşmesine neden olacak ısı oluşturacak ozelbir pil yonetim sistemi sayesinde uygulanabileceğini soyledi.
Nikhil Koratkar ve ekibi, daha oncede benzer bir pil iyileştirme yontemini lityum iyon pilleri icin geliştirdiler. Ancak potasyum metal piller, kendi kendini iyileştirme surecinde lityum iyon pillerinden daha az ısıya ihtiyac duydular. Koratkar, bunun potasyum metal pillerin, lityum iyon pillerinden daha verimli, daha guvenli ve daha pratik olabileceği anlamına geldiğini soyledi.