1. Ana Sayfa
  2. Bilim
  3. Lityum-iyon pil Kimya Nobel Ödülü’nü kazandırdı

Lityum-iyon pil Kimya Nobel Ödülü’nü kazandırdı

100919_nobel_chemistry_1030-1028x579
Abone Ol

Şarj edilebilir bir dünya yaratmak, kimya bilimindeki 2019 Nobel Ödülü’nü üç bilim adamı kazandı.

Austin’deki Teksas Üniversitesi’nden John B. Goodenough, New York’taki Binghamton Üniversitesi’nden M. Stanley Whittingham ve Tokyo’daki Asahi Kasei Corporation’dan Akira Yoshino ve Japonya’nın Nagoya kentindeki Meijo Üniversitesi’nden lityum-iyon pillerin geliştirilmesindeki katkıları için nobel ödülü kazandı . 

Bu hafif, şarj edilebilir piller, portatif elektronikten elektrikli otomobillere ve bisikletlere kadar her şeye güç sağlar ve güneş ışığı ve rüzgar gibi yenilenebilir ancak geçici enerji kaynaklarından enerji depolamanın bir yolunu sağlar. 

9 Ekim’de İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi tarafından verilen ödül duyurusu sırasında 9 Ekim’de yaptığı açıklamada , “Bu batarya toplumumuz üzerinde çarpıcı bir etki yarattı” dedi. Stokholm “Üç ödül sahibimizin keşiflerinin bunu gerçekten mümkün kıldığı açık. Gerçekten insanlığın en iyi yararına olmuştur. ” 

Bu yeni basılan ödüller 9 milyon İsveç kronunun ödülünü eşit olarak paylaşacak (yaklaşık 900.000 $). Goodenough, 97 yaşında, Nobel Ödülü alan en yaşlı kişi.

MIT’de kimyager ve mühendis Yang Shao-Horn “John, inanılmaz bir sezgiye sahip inanılmaz bir bilim adamı ve olumlu tavrı, dürüstlüğü ve sınırsız merakıyla nesiller boyu bilim insanlarına ilham veren harika bir insan” diyor.

Aküler, elektrik enerjisini kimyasal enerji şeklinde depolar ve üç ana bölümden oluşur: iki elektrot (anot veya negatif elektrot ve katot, pozitif) ve iyonların akü içinde hareket etmesine yardımcı olan elektrolit. Bataryanın bir ucundaki anottaki kimyasal reaksiyonlar, bir devreden diğer uca geçen elektronları serbest bırakır ve bir el feneri, cep telefonu veya arabaya güç verebilecek bir akım oluşturan katot tarafından kabul edilir.

Alessandro Volta, 1800 yılında ilk elektrik pilini gösterdi ve bilim adamları, o zamandan beri daha iyi piller üretmek için uğraşıyorlar – çoğunlukla daha fazla elektron bırakabilen anot malzemeleri ve onları daha iyi çekebilecek katod malzemeleri için araştırma yaparak.

1970’lerde, Whittingham bir anot malzemesi olarak lityumla denemeye başladı, çünkü çok hafiftir ve kolayca elektronlar ve pozitif yüklü lityum iyonları salgılar. Şarj edilebilir pil şeması, anottan salınan lityum iyonlarını barındırabilen birçok katman içeren titanyum disülfürden yapılmış bir katot kullandı. Enerji şirketi Exxon ile çalışırken, Whittingham bir lityum metal ve titanyum disülfürü bir bataryada birleştirdi ve ilk lityum bataryayı yarattı. Aküsü 2 volt ile övündü. 

blank
M. Stanley Whittingham, bir titanyum disülfid katodu kullanarak ilk lityum bazlı yeniden şarj edilebilir pili tasarladı. 
Bu 2 voltluk pil kullanıldığında, metalik lityum anotundan elektronlar bir harici cihaza güç vermek için bir devreden akarken, pozitif lityum iyonları anottan elektrolitten katoda akarken. 
Burada, pozitif iyonlar, titanyum disülfürün katmanları arasında sıkışabilir. 
Bataryanın şarj edilmesi, bu lityum iyonlarını batarya boyunca anottaki başlangıç ​​konumlarına geri dönmeye zorladı.

Ancak Whittingham’ın orijinal anotunu içeren lityum metal, bir pilin kısa devre yapmasına ve patlamasına neden olabilecek dendrit  olarak adlandırılan kusurlar oluşturmakla yükümlüdür . Böylece geliştiriciler, lityum anotuna alüminyum eklediler ve günlük kullanım için bir bataryayı daha güvenli hale getirmek için anot ve katot arasında bulunan elektrolit maddesini değiştirdiler.

Daha sonra 1970’lerin sonunda ve 1980’lerin başında, Goodenough yerine kobalt oksit kullanarak Whittingham’ın katotunu iyileştirmeye çalıştı. Bu malzeme titanyum disülfür gibi katmanlandı, ancak katmanları içinde daha da fazla iyon barındırabilirdi. Ramström’ün düzenlediği basın toplantısında, Goodenough’un inovasyonunda lityum pillerin voltaj potansiyelini 4 volt, “pil dünyasında devasa bir sıçrama” olarak ikiye katladı. (Günümüzde birçok akıllı telefon 4 volt civarında lityum pil kullanmaktadır.) Ancak pil hala anot olarak lityum metal kullanmıştır.

blank
John Goodenough, voltajı ikiye katlayan kobalt oksit katodu kullanarak M. Stanley Whittingham’ın akü tasarımını geliştirdi.

1985 yılında Yoshino, petrol kokunun anot olarak adlandırılan yan ürün üretimini kullanarak araştırdı. Kobalt oksit gibi, petrol kok da ince bir şekilde tabakalanmış ve lityumdan yapılmamasına rağmen, şarj edildiğinde lityum iyonları depolayabilmiştir. Goodenough’un katodu ile eşleştirildiğinde, Yoshino’nun anot malzemesi daha güvenli, daha dayanıklı, hafif ve şarj edilebilir 4 voltluk bir batarya ile sonuçlandı. Bu temel tasarım 1991 yılında piyasada bulunan ilk lityum-iyon pillerde kullanıldı.

Stokholm’deki basın toplantısında Yoshino, “Merak benim için ana itici güçtü” dedi.

blank
Akira Yoshino, lityum metal anodunu daha güvenli bir petrol kok materyali ile değiştirdi ve güçlü, ticari olarak uygulanabilir lityum-iyon pillerin yerini aldı.

Bu ilk lityum-iyon piller, bir sonraki en iyi seçeneğin iki katı kadar enerji sundu ve performansı yüzlerce kez şarj edilebilir.

“Araştırmanın gerçekten bir şeyle ortaya çıktığını hissetmek çok güzel. Söylediği gibi, çöp sepetine düşmedi, ”dedi Whittingham, 9 Ekim’de yapılan bir konferansta, o sırada seyahat ettiği Almanya’daki onuruna verilen son dakika yemeğinin hemen ardından.

Nobel Ödül duyurusu, “batarya topluluğu için gerçekten heyecan verici” diyor Nashville’deki Vanderbilt Üniversitesi batarya araştırmacısı Kelsey Hatzell. “Stan, Akira ve John’un çalışmaları çok önemli.… Telefonlar, bilgisayarlar ve diğer iletişim cihazları dahil, lityum iyon pil kullanan yarım düzine farklı cihaz kullanmadan günlük hayatınızdan geçmeyi hayal edemezsiniz”.

Goodenough, 9 Ekim’de Londra’da düzenlenen bir basın toplantısında Goodenough, “Çalışmalarımın insanların dünyayla iletişim kurma becerisine yardımcı olmasına son derece mutlu oldum” dedi. bu, iyilik için ve kötülük için değil. ”

Goodenough kazanıp kazanamayacağı ve para ödülü ile ne yapacağı sorulduğunda, Goodenough, “Hiçbir şey beklemiyordum! Çok hareketli bir gündü, tüm söyleyebileceğim bu, ve herkese minnettarım…. Kazançlarımdaki payım orada çalışan insanları desteklemek için üniversiteme gidecek. ”

Goodenough bu şerefi beklememiş olabilir, ancak diğer araştırmacılar onu uzun süredir Nobel kimyası için kullanıyorlardı. Blacksburg’daki Virginia Tech’ten kimyager Amanda Morris, “Elektrokimya alanındaki insanlar… yıllarca ve yıllardır [Nobel tahmin] listelerimize bir numara koydular” diyor. “Onu ve diğer alıcıları nihayet tanıdıklarını görmek gerçekten harikaydı.”

Lityum-iyon aküler şimdi 1991’de piyasadakilerden çok daha iyi performans gösteriyor. “Son yirmi yıldan fazla bir süredir araştırmacılar [şarj edilebilir pillerin] enerjisini artırmak için çok çalışıyorlar. Enerji iki katına çıktı, hatta bazı durumlarda üçe katlandı ve döngü ömrü büyük ölçüde gelişti, ”diyor Shao-Horn. Bugün bu pilleri binlerce kez şarj edebilirsiniz. Piller daha güvenli ve ucuz hale geldi.

Amerikan Kimya Derneği başkanı ve biyofarmasötik sitokinetikte düzenleyici, kalite ve ilaç güvenliği kıdemli başkan yardımcısı olan biyokimyacı Bonnie Charpentier, “lityum-iyon pillerin icadı“ kimyanın kimyasıyla yaşamlarını iyileştirmenin çok güzel bir örneği ”diyor , Inc.

Dahası, “bu, periyodik element tablosunun uluslararası yılıdır , yani aslında bir elementi adlandıran bir Nobel Ödülüne sahip olmak eğlencelidir” diyor.  

Araştırmacılar, şimdi daha hafif bir pakette daha fazla güç sağlayabilen lityum-oksijen  veya lityum-sülfür  gibi farklı tipte şarj edilebilir lityum piller geliştiriyorlar. Hatzell, diğer bilim adamları, lityum-iyon pillerin nasıl verimli bir şekilde geri dönüştürüleceğini veya günümüzün güç hücrelerinden daha sürdürülebilir kaynaklar  kullanarak nasıl pil üretilebileceğini bulmaya çalışıyor .

Yorum Yap