Page 4 - ChemLife Sayı 30

4 CHEMLIFE KIMYA VE TEKNOLOJILERI GAZETESI KAPAK KONUSU

2019 NOBEL KİMYA ÖDÜLÜ NEDEN

LITYUM-IYON PİLLERİN OLDU?

John Goodenough, Akira Yoshino ve Stanley Whittingham 9 Ekim 2019’da

lityum-iyon pillerin geliştirilmesi üzerine yaptıkları çalışmalarından dolayı 2019
yılı Nobel Kimya ödülünü kazandılar. Peki, lityum iyon piller nedir?
Nasıl çalışıyorlar? Neden bu kadar önemliler?

Neden Nobel ödülünü kazandılar? Lityum-iyon piller hafif ve yüksek Petrol krizi lityum-iyon pillerin materyalleri araştırmaya başla-
bir enerji yoğunluğuna sahiptir. hikâyesinin başlangıcı oldu dı. İyonlara, titanyum disülfide
John Goodenough, Akira Yoshino Yüzlerce kez şarj edilip yeniden iyonları ekleyerek iletkenliğinin na-
ve Stanley Whittingham; lityum kullanılabilirler. Bu piller; kalp pil- Petrolün sınırlı bir kaynak oldu- sıl etkilendiğini incelediler.
iyon pillerin öncüleri bilim insan- leri, dizüstü bilgisayarlar, cep tele- ğunun anlaşılması ile birlikte ise,
larıdır. Nobel komitesinin ödülü fonları ve elektrikli arabalar dahil hem araç üreticileri hem de petrol Whittingham enerji yoğunluğu
duyururken açıkladığı gibi, geliştir- olmak üzere modern taşınabilir şirketleri bir karar vermek zorunda yüksek bir malzeme keşfetti
dikleri teknoloji bize şarj edilebilir elektronik cihazlar için bir güç kay- kaldı. Buda elektrikli araçlara ve al-
bir dünya sağladı. nağıdır. Fosil yakıtlara olan bağım- ternatif enerji kaynaklarına yatırım Bilimde çok sık olduğu gibi, bu
yapmaları anlamına geliyordu.
Büyük Patlama’nın ilk dakikaların- lılığımızı azaltmaya yardımcı olarak deney beklenmedik ve değerli
bir keşfe neden oldu. Potasyum
da yaratılmış eski bir element olan rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir Elektrikli araçlar ve alternatif enerji iyonlarının titanyum disülfitin ilet-
lityumu insanlık, 1817’de İsveçli kaynakların ürettiği enerjiyi depo- kaynakları, büyük miktarda enerji kenliğini etkilediğini ve Stanley
kimyagerler Johan August Arfwe- lamak için daha büyük ölçekte de depolayabilen güçlü piller gerek- Whittingham’ın materyali ayrıntılı
dson ve Jöns Jacob Berzelius’un kullanılabilirler. tirmektedir. Şu anda piyasada ger- olarak incelemeye başladığında
Stockholm takımadalarında Utö Lityum-iyon piller gerçekte nasıl çekten sadece iki tür şarj edilebilir çok yüksek bir enerji yoğunluğuna
Mine’deki bir mineral örneğinden çalışır? pil vardır. 1859’da icat edilmiş kur- sahip olduğunu gözlemledi. Potas-
arındırdığı zaman fark etti. İsveç- şun aküler (ve hala benzinle çalışan yum iyonları ve titanyum disülfid
li kimyagerler aslında saf metalik Tüm pillerde olduğu gibi lityum otomobillerde marş aküsü olarak arasında ortaya çıkan etkileşimler
lityum değil, tuz şeklinde lityum iyon piller, anottan katoda akan kullanılıyor) ve 20. yüzyılın ilk yarı- şaşırtıcı derecede enerji bakımın-
iyonları bulmuşlardı. Berzelius, Yu- bir elektron akımı üreterek çalışır. sında geliştirilmiş olan nikel-kadmi- dan zengindi ve malzemenin gerili-
nanca “taş” demek olan Lithos’un Bu, iyi bir anot materyalinin elekt- yum piller. mini ölçtüğünde, birkaç volt idi. Bu,
adını yeni elementin ismi olarak ronlarını kolayca serbest bırakacak o zamanki pillerin çoğundan daha
adlandırdı. olan bir materyal olduğu anlamına Petrol şirketleri yeni teknolojiye iyiydi.
gelir. Tüm elementler içerisinde lit- yatırım yapıyor
yum işinde en iyisidir (En azından Petrolün tükenmesi tehlikesi, Negatif elektrottaki lityum
şimdiye kadar böyle gelecek bunun Exxon’un faaliyetlerini çeşitlen-
değişme ihtimali yüksek). dirmeye karar vermesine neden Stanley Whittingham’ın yenilikçi
pilindeki negatif elektrot olarak Lit-
Modern pillerde; hem anot hem oldu. Zamanın en önde gelen araş- yum rastgele bir seçim değildi. Bir
de katot, lityum iyonlarını tabaka- tırmacılarını enerji çalışmaları ala- pildeki elektronların negatif elekt-
ları arasındaki boşluklarda depo- nında topladılar ve onlara istedikle- rottan - anottan - pozitif olandan -
layabilen katmanlı malzemelerden rini yapma özgürlüğü verdiler. katoda akması gerekir. Bu nedenle,
yapılmıştır. Pil kullanımdayken, Stanley Whittingham, 1972’de anot elektronlarını kolayca veren
elektronlar harici devre üzerinden Exxon’la çalışmaya başlayanlar bir malzeme içermelidir ve tüm ele-
anottan katoda doğru ilerler ve arasındaydı. Stanford Üniversite- mentlerden lityum, elektronları en
pilin bağlı olduğu cihaza güç ver- si’nden gelmişti. Araştırması, yük- isteyerek serbest bırakandır.
mek için gereken akımı üretir. Aynı lü iyonların bağlanabileceği atom
zamanda, pozitif lityum iyonları büyüklüğünde katı malzemeler Sonuç, oda sıcaklığında çalışan ve
elektrolit boyunca anottan katoda içeren katı materyalleri içeriyordu. kelimenin tam anlamıyla büyük po-
doğru depolanırlar. Pil şarj edilmek Exxon›da Stanley Whittingham tansiyele sahip olan yeniden şarj
istendiğinde ise tersine bir çevrim ve meslektaşları, iyonları birbirine edilebilir bir lityum pil oldu. Stanley
Resim 1- Lityum bir metaldir. Dış elekt- ile anota geri gelen elektronlar ve karıştırabilecek titanyum disülfit Whittingham, proje hakkında ko-
ron kabuğunda yalnızca bir elektrona lityum iyonları ile gerçekleşir. dâhil olmak üzere süper iletken nuşmak için Exxon’un New York’ta-
sahiptir. ki karargâhına gitti. Toplantı yakla-