2019 Nobel Kimya Ödülleri, Lityum-İyon Pil Araştırmalarına Verildi!

10 Aralık 2019'da sahiplerine verilecek olan Nobel Ödülü’nün, “Kimya” dalında kazananları açıklandı. Söz konusu ödül, 3 kişiye paylaştırılmış durumda: John Goodenough, Stanley Whittingham ve Akira Yoshino.

John Goodenough, halihazırda “ilk lityum bataryayı yapan” isim. Kendisi, bu teknolojiyi 1970’lerde icat etti. Sayesinde, telefonlarımız gibi birçok teknoloji aletlerimizde bu Lityum-İyon bataryaları kullanmaktayız.

Stanley Whittingham ise, lityum bataryaların potansiyellerini iki katına çıkaran koşulları yarattı. Lityum pilde katot yapmak için kullanılan titanyum disülfür adlı malzemeyi geliştirdi. Bu sayede ise, lityum bataryaların kullanımında bizlere kolaylık yaratmış oldu.

Bir sonraki isim ise Akira Yoshino. Japon kimyager, ilk öncelikle saf lityum gereksinimini tamamen ortadan kaldırdı; sonrasında ise bataryaları yalnızca lityum iyonlarıyla çalışabilir hale getirdi. Bu da bizlere daha bir pratik kullanım sundu.

Fark ettiğiniz gibi bu senenin Nobel Kimya ödülleri “Lityum Bataryalar” üzerine çalışma yapmış bilim insanlarına verilmiş durumda. Hepimiz günlük hayatımızda bu teknolojiyi duyuyor ve kullanıyoruz. Peki biraz daha derine inersek, nedir bu lityum bataryalar? Bu bilim insanları tam olarak neyin üzerine çalışma yaptılar?

Lityum-İyon Pil Nedir?

Kısaca geçmişinden bahsedecek olursak, lityum elementi 1917’de Gilbert Lewis tarafından keşfedildi. Lityum-İyon pillerin icadı ise, bu keşiften çok sonra, 1991 yılında gerçekleşti. Bu piller, artık Nobel Ödüllü olan John Goodenough’un yönettiği Sony firmasındaki çalışma grubu tarafından icat edildi. Unutmamak gerekir ki Lityum-İyon piller, şarj edilebilir tek pil tasarımı değildir. Aslında birçok benzer tasarım bulunmaktadır. Fakat diğer pillere oranla avantajları biraz daha fazla olduğu için yaygın olarak tercih edilmektedirler.

Nasıl Çalışır?

Lityum iyon piller de diğer piller gibi üç ana bileşenden oluşurlar: anot, katot ve elektrolit. Katot, indirgenmenin (atomun elektron almasını sağlayan kimyasal tepkime) gerçekleştiği elektrottur. Anot ise yükseltgenmenin (atomun elektron vermesini sağlayan kimyasal tepkime) gerçekleştiği elektrottur. Pillerde anot negatif, katot ise pozitif yüklü elektrottur.

Pozitif elektrot (katot), genellikle lityum kobalt dioksit (LiCoO₂) veya daha modern pillerde lityum demir fosfat (LiFePO₄) gibi bir bileşikten üretilir. Negatif elektrot (anot) ise genellikle karbon (grafit) yapılıdır. Elektrolit isimli kimyasal sıvının yapısı ise pilden pile oldukça geniş bir yelpazede değişebilmektedir.

Şarj olurken, lityum iyonları pozitif elektrottan negatif elektrota, elektrolit üzerinden hareket eder. Gidecek daha fazla iyonunuz kalmadığında şarjınız tamamlanmış demektir ve kullanıma hazırdır.

Deşarj olurken de bu olayın tersi olur. Yine elektrolit üzerinden, lityum iyonları negatif elektrottan, pozitif elektrota akar. Bütün iyonlar pozitif elektrotta biriktiğinde şarjınız bitmiş olur ve tekrar şarj etmeniz gerekir.