Dünya mobil hale geliyor. Cep telefonundan otomobillere kadar birçok teknolojik yenilikte arka planda kalsa da pil teknolojisi kritik bir öneme sahip oldu. Ancak üreticiler, mevcut pil teknolojisinde fiziksel limitlere gelindiğini dile getiriyor. Bu yüzden de yeni bir bakış açısıyla pil teknolojisi yeniden araştırılmaya başlandı. Boğaziçi Üniversitesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) öğretim üyeleri ve öğrencileri arasında ortak araştırma projeleri yapılması hedefiyle 2016 yılında MISTI (MIT Science and Technology Initiatives) çekirdek fonu oluşturuldu. Bu projede araştırmaları yürüten Dr. Gülin Vardar, çalışmalarını ve pil teknolojisinin geleceğini Yeni Şeyler Rehberi'nde anlattı:
‘SIVI ELEKTROLİTLİ PİLLER PATLAMA TEHLİKESİ İÇERİYOR'
"Boğaziçi Üniversitesi'nden Makine Mühendisliği ve Fizik Bölümü'nden çift Anadal derecesiyle 2010 yılında mezun oldum. Amerika'da Michigan Üniversitesi'nde doktora çalışmalarına başladım. Bir süre doktora çalışmalar için Japonya'da bulundum. Daha sonra Amerika'ya giderek MIT'de iki yıl süreyle doktora sonrası araştırmacı olarak çalıştım. 2018 yılı Şubat ayından bu yana ise Boğaziçi Üniversitesi'nde Makine Mühendisliği Bölümü'nde öğretim üyesi olarak görev yapıyorum. Sıvı elektrolitli pillerde yanma, patlama gibi riskler vardı. Elektrikli araçlarda sıvı yerine daha güvenli olan katı elektrolitli piller kullanılması ve katı pillerin batarya ömrünün uzatılması yönünde çalışmalar yürütmeye başladım.
Piller şu anda dünyada çok ilgi çeken araştırma alanlarından biri. Bu konuda MISTI projesi kapsamında MIT'den Bilge Yıldız ile ortak bir araştırma yürütüyoruz. Cep telefonundan arabalara, sağlık alanından elektrikli ev araçlarına geniş bir alanda kullandığımız pillerin yüksek miktarda enerji depolayabilmeleri ve güvenli olmaları yönünde çalışıyoruz. Katı pillerin enerji depolama hacmi sıvı elektrolitli Li-iyon pillerin iki katı ama şarj olma hızı Li-iyon pillerin yüzde biri. Bir başka deyişle çok yavaş şarj oluyorlar. Benim çalışmalarım katı pillerin şarj olma hızını en az sıvı elektrolitli piller kadar yapabilmek üzerine.
Pilin içinde katmanlar ve katmanlar arasında da ara yüzler var. Eğer lityum iyonları bu ara yüzlerden çabuk geçebiliyorsa pil çabuk şarj olabiliyor demektir. MIT ile yaptığım araştırmalarda gördüm ki katı ara yüzlerinde büyük rezistanslar oluyor ve pil çabuk şarj olmuyor. Benim amacım yeni teknikler kullanarak ara yüzlerdeki lityum geçişlerini hızlandırmak. Ara yüzlerin rezistanslarının yüksek olmasının nedeni katı pillerin yüksek sıcaklıklarda işlem görmesi. İşlem sıcaklığını 300 dereceye çıkardığınızda pilin şarj olma hızı sekizde birine düşüyor. Projemde sıcaklıkları 100 derecenin altına çekecek başka bir işlem geliştirmeyi planlıyorum. Böylece pilin şarj olma hızının düşüşünün daha az olmasını hedefliyorum. Bu, 'Cold Sintering' adı verilen, aslen Penn State Üniversitesi'nde oldukça yakın tarihte bulunmuş, yeni bir teknik. Şimdi de MIT'de daha önce birlikte çalıştığım Bilge Yıldız hocayla bu tekniği kullanarak projeyi devam ettirmeyi planlıyorum.
Pillerde sıvı kullanılması aynı zamanda riskler barındırıyor. Örneğin sıvı, ısınan bir ortamda çok çabuk alev alıp yanabiliyor. Biz sıvı elektrolitler yerine katı elektrolitler koymaya çalışıyoruz. Katı elektrolit sıvı elektrolit gibi yanmıyor, katı halini muhafaza edebiliyor. Elektrikli arabalarda kullanılan piller, özellikle yaz mevsiminde aşırı ısınmadan etkilenebiliyor. Herhangi bir çarpışma anında yangın riski barındırıyor. Bu riskleri minimize etmek üzere pillerde katı elektrolit kullanımı üzerine çalışılıyor. Pil teknolojisinde tüketicinin temel beklentisinin pilin çok enerji depolaması ve bu enerjinin hemen tükenmemesi, ayrıca pilin çabuk şarj olması ve pilin güvenli olması da önemli. Ancak katı pillerdeki mevcut soruların başında çabuk şarj olmama sorunu geliyor. Örnek vermek gerekirse; sıvı elektrolit kullanan bir pil 1 saatte şarj olurken katı elektrolit kullanılan pil 10 saati bulabiliyor. Özellikle elektrikli arabalarda tüketiciler bu kadar uzun şarj süresini tercih etmiyor. Zira pil, elektrikli araç için maliyetin en büyük kısmı. Araba üreticileri bu nedenle kendi pillerini kendileri üretmek istiyorlar. Dünyada bugün en büyük pil üreticileri Japonya ve Çin. Örneğin, Çin 2020'de elektrikli araba satışlarının toplam araba satışlarının minimum yüzde 12 olmasını şart koştu. Pil üreticisi olmayan ülkelerin büyük kısmı ise elektrikli araçlara geçiş sürecini hibrid araçlarla (hem elektrikli hem de benzinli çalışan araçlarla) gündemlerine alıyor."
