Pil teknolojisi, günümüzde pek çok elektronik cihazın çalışmasını sağlayan hayati bir unsurdur. Ancak mevcut pil teknolojisi, performans, güvenlik, çevre ve maliyet açısından bazı sınırlamalara sahiptir. Bu nedenle, bilim insanları ve mühendisler, daha iyi pil teknolojileri geliştirmek için sürekli araştırma yapmaktadır.
İsviçre Federal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Laboratuvarları (EMPA) mühendisleri, şarj edilebilir pillerde devrim yaratmayı amaçlıyor: İnce film katı hal pilleri, yalnızca geleneksel lityum iyon pillerden daha güvenli ve daha uzun ömürlü olmakla kalmıyor, aynı zamanda üretimi çok daha çevre dostu ve yeniden kullanılabilir. Ayrıca yalnızca bir dakika içinde şarj olurlar.
Pil şimdilik çok küçük ancak kurucuların bu konuda büyük planları var. Sonuçları açıklayan araştırma makalesi Communications Chemistry’de yayınlandı.
Lityum iyon pillerin dezavantajları
Lityum iyon piller her yerdedir: akıllı telefonlardan dizüstü bilgisayarlara, arabalara ve hatta uydulara kadar. Şu anda en gelişmiş pil teknolojimizdir. Ancak birçok uygulama için ideal değildir. Lityum-iyon piller her şarj ve deşarj döngüsünde kapasitelerini kaybederler, nispeten yavaş şarj olurlar ve yalnızca dar bir sıcaklık aralığında iyi çalışırlar.
Ayrıca, lityum iyon pillerin aksine yanıcı değildir; bu büyük bir avantajdır çünkü günümüzün şarj edilebilir pilleri tehlikeli maddeler olarak kabul edilmektedir. Geleneksel bir lityum iyon hücresinin yanlış kullanılması veya hasar görmesi, zehirli gazlar açığa çıkaran ve söndürülmesi son derece zor olan bir yangına yol açabilir.
İnce film katı hal pillerin avantajları
Empa’nın İnce Filmler ve Fotovoltaik laboratuvarından Empa araştırmacıları Abdessalem Aribia ve Moritz Futscher’e göre pil teknolojisini yeniden düşünmenin zamanı geldi. Mevcut veya gelişen diğer teknolojilerle karşılaştırıldığında, lityum metal bazlı katı hal pilleri bazı önemli avantajlar getiriyor: Bir dakika içinde şarj edilebilir ve deşarj edilebilir, lityum iyon pilden yaklaşık on kat daha uzun ömürlüdür ve sıcaklığa karşı duyarsızdır. dalgalanmalar.
Aribia, “Buna karşılık, pilimizi makasla keserseniz, bunun yarısı kadar iyi olan iki pil elde edersiniz” diyor. Bu, pilin mekanik olarak hasar görmesi durumunda bile çalışmaya devam edebileceği anlamına gelir.
İnce film katı hal pilleri, vakumlu kaplama kullanılarak üretilir: İstenilen malzemeler, tek tek atomlar oluşturmak üzere bir vakum odasında atomize edilir ve bunlar daha sonra hedef substrat üzerinde hassas bir şekilde kontrol edilen bir katmana biriktirilir. Bu yöntem, pilin çok ince ve esnek olmasını sağlar. Ayrıca, lityum iyon pillerin aksine, ince film katı hal pilleri toksik solventler kullanmadan üretilebilir. Bu da pilin çevre dostu ve geri dönüştürülebilir olmasını sağlar.
Pazar potansiyeli
Yeni pil, ince film katı hal pili olarak adlandırılıyor. Teknolojinin kendisi yeni değil: Bu tür piller 1980’lerden beri biliniyor. Bununla birlikte, ince film bileşenlerinin çok düşük kütlesi nedeniyle (hücrenin tamamı yalnızca birkaç mikrometre kalınlığındadır) şu ana kadar çok az enerji depolayabildiler. Futscher ve Aribia, ince film hücrelerini üst üste istifleyerek kapasitelerini artırmayı başardılar.
Bu, pili ticari uygulamalar için oldukça umut verici hale getiriyor. İnce film hücreleri, yarı iletken yongaların ve cam kaplamaların üretiminde büyük ölçekte kullanılan yüksek hassasiyetli üretim yöntemleri ile uyumludur. Bu nedenle, akülerin üretimi için gerekli makineler ve teknik bilgi zaten büyük ölçüde mevcuttur.
Futscher ve Aribia şimdi bu gelecek vaat eden teknolojiyi pazara sunmak istiyor. Laboratuvar başkanı Yaroslav Romanyuk ile birlikte BTRY (“pil” olarak telaffuz edilir) adında bir yan ürün kurdular. BTRY’de CTO görevini üstlenen Aribia, daha önce kendi şirketini kurmayı hiç düşünmemişti. CEO Moritz Futscher ise öğrenciliğinden bu yana startuplara ilgi duyuyor. İki araştırmacı yıllardır pil projesi üzerinde birlikte çalışıyor ve köklü bir ekip. Futscher, “Ürünümüzün gerçek katma değer sunabileceğine inanıyoruz” dedi.
BTRY’nin hedefi, ince film katı hal pillerini ilk olarak küçük elektronik cihazlar için sunmak. Örneğin akıllı telefonlar, akıllı saatler veya kulaklıklar gibi. Bu cihazlar için pilin boyutu, ağırlığı ve güvenliği önemli faktörlerdir. Ayrıca, ince film katı hal pilleri, giyilebilir cihazlar veya implantlar gibi esneklik gerektiren uygulamalar için de idealdir.
BTRY’nin uzun vadeli vizyonu ise daha büyük uygulamalar için ince film katı hal pillerini ölçeklendirmek. Örneğin elektrikli araçlar veya yenilenebilir enerji depolama sistemleri gibi. Bu uygulamalar için pilin enerji yoğunluğu, şarj hızı ve ömrü önemli faktörlerdir.
BTRY’nin kurucuları, ince film katı hal pillerinin lityum iyon pillerin yerini alacağını düşünmüyor. Ancak onlara göre bu teknoloji, pil pazarında yeni bir niş oluşturabilir ve bazı uygulamalarda lityum iyon pillere göre daha uygun olabilir.