SpinCell

Fatih Altun, Gebze Tenik Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği’nden mezundur. Buradaki tez çalışması katı oksit yakıt hücresi üretimi üzerinedir. Yüksek lisansını Marmara Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği’nde, Doç.Dr. Mustafa Şengör ve Doç. Dr. Damla Eroğlu Pala danışmanlığında 2024 yılıns tamamlamıştır. Tez çalışması, Li-S pillerde katotların elektro-eğirme yöntemi ile geliştirilmesi üzerinedir. Marmara Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği’nde doktora eğitimine devam etmektedir.

Doç. Dr. Mustafa Şengör, lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünde tamamlamıştır. Aynı üniversitede imalat usulleri alanında, elektro-eğirme yöntemiyle nanofiber üretimi üzerine doktora çalışmasını başarıyla tamamlayan Şengör, 2020 yılından bu yana Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Malzeme Bölümü’nde öğretim üyesi olarak görev yapmaktadır. Araştırma alanları arasında nanofiberlerin sentezi ve çeşitli uygulamaları ile gelişmiş imalat yöntemlerinin farklı alanlara uyarlanması yer almaktadır.

Doç. Dr. Damla Eroğlu Pala lisans ve yüksek lisansını Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliği’nde tamamlamıştır. Daha sonra doktora çalışmalarını Columbia Üniversitesi’nde elektrodepozisyon üzerine yapmıştır. Doktora sonrası araştırmacı olarak Argonne National Lab’ta, bataryalar üzerinde çalışmıştır. Batarya ve elektrokimya alanında etki faktörü yüksek uluslararası dergi ve konferanslarda birçok yayını bulunmakta olup, 1000’in üzerinde atıf almıştır.

Dr. Ayşegül Kılıç, Boğaziçi Üniversitesi Kimya Mühendisliği bölümünden lisans, yüksek lisans ve doktora mezunudur. Tezli yüksek lisans ve doktora çalışmalarını Doç. Dr. Damla Eroğlu Pala danışmanlığında yine aynı departmanda tamamlamıştır. Li-S bataryalarının geliştirilmesinde, elektrokimyasal karakterizasyon, modelleme ve veri bilimi metotlarını kullanmıştır. Doktora tezi, Boğaziçi Üniversitesi Doktora Tez Ödülü’ne layık görülmüştür. Aynı zamanda Batarya MBA sertifikasyonuna sahiptir.

1. Çevresel Etkiler ve Sürdürülebilirlik : Maden işletiminde yüksek oranlarda su tüketimleri, toprak ve su kirliliği yüzünden ekosistemlerin zarar görmesi ve geri dönüşümdeki yetersizlik başlıca sorunlardır.

2. Etik ve İnsan Hakları Sorunları: Maden şirketlerinin, özellikle Demokratik Kongo Cumhuriyeti’nde (DRC) çocuk işçiliği, zorla çalıştırma ve kötü çalışma koşullarıyla ilişkilendiriliyor. Ayrıca, büyük maden şirketlerinin yerel halkı zorla topraklarından ettiği iddiaları var.

3. Jeopolitik Riskler ve Tedarik Zinciri Bağımlılığı: Çin, dünyada batarya ham maddelerinin işlenmesinde lider konumdadır. Batarya üretiminde kritik olan grafit ve nadir toprak elementleri için birçok ülke Çin’e bağımlıdır. ABD-Çin ticaret savaşları ve Avrupa’nın yerli üretim hamleleri tedarik zincirinde belirsizlik yaratmaktadır.

Bu metaller maliyetleri yükseltir, geri dönüşüm problemlerine yol açar.

Lityum-sülfür pillerle kıyaslandığında lityum iyon bataryalar düşük enerji yoğunluğuna sahiptirler

Aynı zamanda sektör lityum-iyon batarya teknolojisine ikame bir teknoloji arayışı içerisindedir ve lityum-sülfür teknolojisi en gözde teknolojilerden biridir.

Lityum-Sülfür Piller: Yüksek Enerji Yoğunluklu Yeni Nesil Bataryalar

Lityum-sülfür (Li-S) piller, geleneksel lityum-iyon pillere kıyasla çok daha yüksek enerji yoğunluğu sunan yeni nesil şarj edilebilir bataryalardır. Bu pillerde anot olarak lityum metali, katot olarak ise sülfür (S₈) kullanılır. Teorik olarak, Li-S bataryalar yaklaşık 2600 Wh/kg gibi oldukça yüksek bir özgül enerjiye sahiptir ve bu değer, günümüzde kullanılan lityum-iyon bataryaların yaklaşık 7 katına karşılık gelir.

Çalışma Prensibi

Lityum-sülfür pillerin çalışma mekanizması, şarj ve deşarj sırasında sülfürün çözünür lityum polisülfitlere (Li₂S₆, Li₂S₄) ve ardından çözünmez lityum sülfide (Li₂S) dönüşmesi esasına dayanır. Bu süreç, yüksek kapasite sağlamasına rağmen bazı önemli zorlukları da beraberinde getirir:

1. Düşük Döngü Ömrü: Katot malzemesinin yapısal bozulması ve lityum polisülfitlerin elektrolit içinde çözünerek kaybolması nedeniyle pilin kapasitesi hızla azalabilir.
2. Düşük İletkenlik: Sülfür ve lityum sülfür elektriksel olarak yalıtkandır, bu da elektrotların verimli çalışmasını engelleyebilir.
3. Dendrit Oluşumu: Lityum metal anot kullanımı, pil ömrünü kısaltabilecek ve güvenlik sorunlarına yol açabilecek dendrit büyümesine neden olabilir.

Avantajları

• Yüksek Enerji Yoğunluğu: Lityum-iyon pillere göre pratikte 5 kata kadar daha fazla enerji depolayabilir.
• Daha Hafif: Sülfür, metal oksitlere kıyasla çok daha hafif bir malzemedir, bu da pilin ağırlığını azaltır.
• Daha Düşük Maliyet: Sülfür, doğada bol miktarda bulunan ucuz bir malzemedir.

Uygulama Alanları

• Savuma sanayi : Yüksek enerji yoğunluğu sebebi ile özellikle savunma sanayi iletişim araçlarında kullanılabilir.
• Elektrikli Araçlar (EV’ler): Lityum-sülfür piller, elektrikli araçların menzilini önemli ölçüde artırabilir.
• Havacılık ve Uzay: Hafif ve yüksek enerji yoğunluklu bataryalar, insansız hava araçları (İHA) ve uzay görevleri için idealdir.
• Taşınabilir Elektronik: Yüksek kapasiteleri sayesinde gelecekte dizüstü bilgisayarlar ve akıllı telefonlar için kullanılabilir.

Sonuç

Lityum-sülfür piller, sunduğu yüksek enerji yoğunluğu ile batarya teknolojisinde devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Ancak, ticari kullanıma geçiş için döngü ömrü, stabilite ve güvenlik konularında iyileştirmeler yapılması gerekmektedir. Günümüzde birçok araştırmacı, bu sorunları çözmek için nanokompozit katotlar, elektrolit modifikasyonları ve gelişmiş anot tasarımları üzerine çalışmaktadır.

Geliştirdiğimiz teknoloji elektro-eğirme ve kaplama yöntemlerinin birleştiği bir üretim yöntemidir. Patent başvurusu yapılan özgün yöntemimiz sayesinde yüksek sülfür yüklemesine sahip esnek katotlar elde edebilmekteyiz.

Literatürde olmayan elektro-eğirme ve kaplama teknolojilerini birleştiren yenilikçi yaklaşımımız, rekabetçi üretim hızına ek lityum-iyon pillere kıyasla ilk yıl %100’e kadar yüksek enerji yoğunluğu sağlayarak enerji depolama çözümlerine yeni bir standart getiriyor. Önümüzdeki 5 yılda bu oranın %300’ün üzerine çıkmasını öngörmekteyiz

Özgün yöntemimiz lityum-sülfür pil teknolojisinde ileri seviyede gelişmeler sağlamakta ;

Geliştirdiğimiz ileri malzeme olan nanokompozit katot yapısına ek olarak katı hibrit elektrolit ve ara katman ürettiğimiz bataryaların çevrim ömrünü uzatmakta.