Minimum sürede maksimum şarj. Bu, hızlı şarjın vaadidir. Ancak bu süreç, pilin performansının düşmesine neden olan hızlandırılmış pil bozulmasına neden olur. Bu bozulmaya yol açan faktörler nelerdir?
Süper hızlı şarj elektrikli araç endüstrinin hayali
Aracınızın deposunu benzin doldurduğunuz kadar hızlı şarj etmek elektrikli otomobil endüstrisinin hayalidir. Ve bu alandaki ilerlemenin kayda değer olduğu söylenmelidir: İsviçreli grup ABB, böylece üç dakikadan daha kısa sürede şarj ile 100 kilometre menzil kazanabilecek bir şarj istasyonu vaat ediyor! Sorun, hızlı şarjın pilin geri döndürülemez şekilde bozulmasına yol açarak performansında düşüşe yol açmasıdır.
Lityum iyon pil nasıl çalışır?
Bu süreci anlamak için önce bir lityum iyon pilin nasıl çalıştığına bakalım. Bu, bir katot (pozitif yüklü elektrot) ve bir anottan (negatif yüklü elektrot) oluşur ve elektrolit adı verilen ve elektronları birinden diğerine iletmeye yarayan bir malzeme ile ayrılır.
Şarj işlemi sırasında, lityum Li+ iyonları katottan ayrılır ve anot tarafından toplanır. Genellikle grafitten yapılan bu madde, tek tip değildir, ancak “interkalasyon” adı verilen bir süreç yoluyla Li+ iyonlarının araya girdiği nanogözeneklerle delinir.
Hızlı şarjda, interkalasyon düzgün gerçekleşmez
Bununla birlikte, pil çok hızlı şarj edildiğinde, interkalasyon düzgün bir şekilde gerçekleşmez. Lityum iyonları, grafit atomları arasında düzgün bir şekilde araya girmek yerine, anotun yüzeyinde bir araya toplanma eğilimi gösterir.
Bu durum elektrotun kalınlaşmasına ve deformasyonuna yol açan bir tür “kaplama” oluşumuna neden olur. Anot yüzeyindeki kaplamaya ek olarak, elektrotun gözenekleri içinde pile geri döndürülemez şekilde zarar veren bir reaksiyon ürünleri birikimi vardır.
Birkaç tekrarlanan hızlı şarj döngüsünden sonra, anotun atomik seviyede giderek daha fazla düzensizleştiği gözlemlenir, bu da interkalasyon sürecini engeller.
Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda (Amerika Birleşik Devletleri) uzman olan Daniel Abraham, “Çok yüksek verimde az sayıda döngü bile grafitin önemli ve kalıcı bozulmasına neden olabilir,” diye açıklıyor. Çözüm, bu süreç kaybını önlemenin bir yolunu bulmak veya lityum iyonlarının daha verimli bir şekilde araya girebilmesi için grafit parçacıklarını değiştirmek olacaktır.
