Endüstri Haberleri

Bilim Basitleştirildi: Piller Nelerdir ve Nasıl Çalışırlar?

2021-06-16

KONULAR:
Pil, Teknoloji, DOE, Enerji, Li ion Piller
ABD ENERJİ BAKANLIĞI tarafından 9 MAYIS 2021



Piller ve benzeri cihazlar, talep üzerine elektriği kabul eder, depolar ve serbest bırakır. Piller, diğer birçok günlük enerji kaynağı gibi, enerjiyi depolamak için kimyasal potansiyel biçiminde kimyayı kullanır. Örneğin, günlükler, yanma enerjiyi ısıya dönüştürene kadar kimyasal bağlarında enerji depolar.

Benzin, bir araba motorunda mekanik enerjiye dönüştürülene kadar kimyasal potansiyel enerji olarak depolanır. Benzer şekilde, pillerin çalışması için elektriğin, kolayca depolanmadan önce kimyasal bir potansiyel forma dönüştürülmesi gerekir.

Piller, elektrolit adı verilen kimyasal bir malzeme ile ayrılmış, katot ve anot adı verilen iki elektrik terminalinden oluşur. Enerjiyi kabul etmek ve serbest bırakmak için bir pil harici bir devreye bağlanır. Elektronlar devre boyunca hareket ederken, aynı anda iyonlar (elektrik yüklü atomlar veya moleküller) elektrolit içinde hareket eder.

Şarj edilebilir bir pilde elektronlar ve iyonlar devre ve elektrolit boyunca her iki yönde de hareket edebilir. Elektronlar katottan anoda hareket ettiklerinde kimyasal potansiyel enerjiyi artırarak pili şarj ederler; diğer yöne hareket ettiklerinde ise bu kimyasal potansiyel enerjiyi devrede elektriğe çevirerek pili deşarj ederler. Şarj veya deşarj sırasında, zıt yüklü iyonlar, harici devre boyunca hareket eden elektronların yükünü dengelemek ve sürdürülebilir, yeniden şarj edilebilir bir sistem üretmek için elektrolit aracılığıyla pilin içinde hareket eder. Pil şarj edildikten sonra, kimyasal potansiyel enerjiyi daha sonra elektrik olarak kullanmak üzere depolamak için devreden ayrılabilir.

Piller 1800'de icat edildi, ancak kimyasal süreçleri karmaşık. Bilim adamları, yeni nesil yüksek verimli, elektrik enerjisi depolaması üretmek için pillerdeki elektriksel ve kimyasal süreçleri daha iyi anlamak için yeni araçlar kullanıyor. Örneğin, pillerdeki anotlar, katotlar ve elektrolitler için geliştirilmiş malzemeler geliştiriyorlar. Bilim adamları, şarj edilebilir pillerdeki süreçleri inceler, çünkü pil şarj olurken ve boşaldıkça tamamen tersine dönmezler. Zamanla, tam bir geri dönüşün olmaması, pil malzemelerinin kimyasını ve yapısını değiştirebilir ve bu da pil performansını ve güvenliğini azaltabilir.

Elektrik Enerjisi Depolama Gerçekleri
. 2019 Nobel Kimya Ödülü, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham ve Akira Yoshino'ya "lityum iyon pillerin geliştirilmesinden dolayı" ortaklaşa verildi.
. JCESR'deki Elektrolit Genomu, yeni, gelişmiş piller için temel elektrolit özelliklerini hesaplamak için kullanılabilecek 26.000'den fazla molekül içeren bir hesaplama veritabanı üretti.

DOE Bilim ve Elektrik Enerjisi Depolama Ofisi
DOE Bilim Ofisi, Temel Enerji Bilimleri Ofisi (BES) tarafından desteklenen araştırmalar, elektrik enerjisi depolamasında önemli gelişmeler sağlamıştır. Ancak, bir pilin ne kadar enerji depolayabileceğini önemli ölçüde artırabilecek yepyeni malzemeleri kullanan yeni nesil enerji depolaması için kapsamlı çözümlerden hala çok uzaktayız. Bu depolama, yenilenebilir enerji kaynaklarını elektrik kaynağımıza entegre etmek için kritik öneme sahiptir. Batarya teknolojisinin geliştirilmesi, tak-çıkar elektrikli araçların yaygın kullanımı için gerekli olduğundan, depolama aynı zamanda nakliye için petrole olan bağımlılığımızı azaltmanın anahtarıdır.

BES, bireysel bilim adamları tarafından ve çok disiplinli merkezlerde araştırmaları destekler. En büyük merkez, bir DOE Enerji İnovasyon Merkezi olan Enerji Depolama Araştırmaları Ortak Merkezidir (JCESR). Bu merkez, elektrokimyasal malzemeleri ve olayları atomik ve moleküler ölçekte inceler ve yeni malzemelerin tasarlanmasına yardımcı olmak için bilgisayarları kullanır. Bu yeni bilgi, bilim insanlarının daha güvenli, daha uzun ömürlü, daha hızlı şarj olan ve daha yüksek kapasiteye sahip enerji depolaması tasarlamasını sağlayacaktır. BES programı tarafından desteklenen bilim adamları pil biliminde yeni ilerlemeler kaydettikçe, bu ilerlemeler uygulamalı araştırmacılar ve endüstri tarafından ulaşım, elektrik şebekesi, iletişim ve güvenlik alanındaki uygulamaları geliştirmek için kullanılmaktadır.