Lityum hava pillerde enerji depolama ve yaşam döngüsü analizi

Lityum hava piller, teorik olarak günümüzün en iyi lityum iyon pil teknolojisinden en az 10 kat daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmaları nedeniyle, elektrikli araçlarda egzoz emisyonlarını düşürecek bir teknoloji ortaya çıkarabileceği beklentisi doğmuştur. Bu pillerin teorik kapasitesi yüksek olmasına rağmen pratikte elde edilebilen kapasite ve enerji yoğunluklarının geliştirilmesi için araştırmalar sürdürülmektedir. Bu çalışmanın amacı, laboratuvar ölçeğinde üretilen Li-hava pillerden elde edilen veriler kullanılarak, içten yanmalı motorlu taşıtlara ve diğer pil teknolojilerine kıyasla lityum-hava pillerin çevresel etkilerini analiz ederek avantaj ve dezavantajlarını ortaya koymaktır. Bu tez çalışmasında, hava geçirgen katodun lityum oksit ile tıkanmasını önlemek ve lityum metal anot stabilitesini sağlayabilmek için TEGDME+LiPF6 elektrolite PVDF polimer ve Al2O3, SiO2 nano seramik partikül ilaveleri yapılmıştır. Nikel köpük üzerine kaplanmış grafen/-MnO2 nanokompozit, hava geçirgen katot olarak kullanılmıştır. ECC-Air test hücrelerinde cam elyaf separatör, lityum metal ise anot olarak kullanılmıştır. Hücreler 2,15-4,25 V'luk bir voltaj aralığında test edilmiştir. Sonuçlar, ağırlıkça %1 PVDF ve %0,5 Al2O3, %0,5 SiO2 seramik nanopartikül ilavelere sahip hibrit elektrolitlerin, hücrenin stabilitesini, şarj-deşarj kapasitesini ve çevrim verimini arttırdığını göstermiştir. Elektrokimyasal çevrim testlerinden sonra, katot morfolojileri reaksiyon ürünlerini belirlemek için taramalı elektron mikroskobu SEM ve Raman analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, Lityum hava pillerin üretimi, teknolojisinin gelişimi ve kullanımının Yaşam döngüsü Analizi (YDA) yapılarak incelemek ve geleceğin enerji depolama teknolojilerinden olacak batarya teknolojisini geliştirmek ve çevresel açıdan yönlendirmek amacı güdülmüştür. Lityum hava hücreleri, ham madde üretimi, katot imalatı, hücre hazırlanması, batarya birleştirilmesi ve bataryanın elektrikli bir araçta kullanılma süreçleri göz önüne alınarak analiz edilmiştir. Fonksiyonel birim olarak içten yanmalı motorlu araçlarla ve diğer pil teknolojileri ile mukayesenin kolay olabilmesi için "1km başına çevresel etki" ortak paydası tercih edilmiştir. YDA etkileri, küresel ısınma potansiyeli, abiyotik kaynakların tükenmesi ve insan toksisitesi açısından ölçülmüştür. YDA sonucunda, bataryanın çevresel etkilerinin büyük oranda pil hücresi için katot üretimi esnasında ihtiyaç duyulan yüksek elektrik enerjisinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Henüz araştırmaların başında olunan lityum hava pil teknolojisinin, fosil yakıtlar ile çalışan içten yanmalı motorlardan daha düşük emisyon değerine sahip olduğu tespit edilmiştir.