Bataryalar nasıl elektriği depoluyor?

Bataryalar elektriği doğrudan bir elektron havuzu gibi veya serbest akım halinde depolamaz. Elektrik enerjisini kimyasal potansiyel enerji formunda saklar, devre tamamlandığında bu potansiyeli yeniden elektrik akımına çevirir. Yani pili şarja taktığınızda prizden akan elektronları bir depoya doldurmazsınız, sistemdeki kimyasal dengeyi tersine zorlayarak enerjiyi atomik düzeyde hapsedersiniz.

Sistemin temel mimarisi üç ana parçadan oluşur: Anot (negatif kutup), katot (pozitif kutup) ve bu ikisinin arasında yer alan elektrolit. Batarya şarj edilirken harici güç kaynağı elektronları katottan koparıp anota gitmeye zorlar. Eşzamanlı olarak içerideki pozitif yüklü iyonlar da elektrolit üzerinden anota doğru ilerler. Günlük hayatta telefonlardan dizüstü bilgisayarlara kadar her yerde kullandığımız lityum iyon pillerde, lityum iyonları anot tarafındaki grafit katmanlarının arasına yerleşir. Böylece sistem kimyasal açıdan yüksek enerjili ve kararsız bir duruma geçer.

Bataryayı bir cihaza bağlayıp devreyi açtığınız anda sistem rahatlamak, yani düşük enerjili kararlı haline dönmek ister. Anotta biriken elektronlar katoda geri dönmeye çalışır fakat aradaki elektrolit yalnızca iyonların geçişine izin verir, elektronlara karşı aşılmaz bir duvar gibi davranır. Elektronların katoda ulaşabilmek için kullanabileceği tek yol cihazın anakartından, çiplerinden ve ekranından geçen dış devredir. Dış devreden akan bu elektron trafiği bizim elektrik akımı dediğimiz şeydir. İçerideki lityum iyonları da elektrolit üzerinden katoda geri döner ve reaksiyon tamamlanır.

Bu kimyasal döngü sonsuza dek kayıpsız işlemez. Her şarj ve deşarj periyodunda elektrotların mikroskobik yapısında ufak fiziksel bozulmalar ve istenmeyen yan reaksiyonlar meydana gelir. Zaman içinde pil sağlığının düşmesi ve bataryanın eski kapasitesini koruyamaması tamamen bu elektrokimyasal malzemenin yıpranmasından kaynaklanır.