Lityum iyon piller, deşarj olduktan sonra tekrar şarj edilerek kullanılan elektrokimyasal hücrelerdir. Ayrıca ikincil pil yani tekrar tekrar şarj edilebilir piller olarak karşımıza çıkmaktadır. Taşınabilir elektrik ve elektronik cihazlara artan talep ve elektrikli arabaların gelişmesiyle hızla değeri artmaktadır.

Kullanım Alanları :

• Telekomünikasyon alanı

• Savunma sanayi ve iletişim cihazları

• Radarlar

• Ölçüm cihazları

• Elektrikli araçlar

• Dizüstü bilgisayar ve tabletler

• Küçük ev aletleri

• Medikal uygulamalar

Avantajları :

• Hafıza etkisinin olmayışı

• Kapalı hücre, bakım gerektirmemesi

• Uzun ömürlü, uzun raf ömrüne sahip olması

• Çabuk şarj olabilme kabiliyeti

• Yüksek güçlü deşarj kapasitesi

• Yüksek enerji verimi

Dezavantajları :

• Fiyatı

• Yüksek sıcaklıklarda bozulması

• Koruyucu devre ihtiyacının oluşu

• Aşırı şarj sonucunda kapasite kaybı veya termal bozunma

Çalışma Prensibi :

Tekrar şarj edilebilen lityum iyon pillerde, hücreler diğer pil sistemlerinde olduğu gibi enerjiyi üretmek ve depolamaktan birincil derece sorumlu üç ana bileşenden oluşmaktadır. Bunlar anot, katot ve elektrolit olarak sıralanabilir .Anot malzeme negatif elektrot, katot ise pozitif elektrot olarak görev alır. Pozitif elektrotlar genelde tünel veya tabakalı yapılara sahip metal oksitlerden (LiMOx) oluşurlar. Negatif elektrot malzemelerde tabakalı yapılara sahiplerdir. Bu yapılar sayesinde hücrenin/pilin şarjı ve deşarjı esnasında Li iyonları pozitif ve negatif elektrotları arasında karşılıklı olarak yer değiştirebilmektedir. Bu yer değiştirme reaksiyonu olarak tanımlanır. Bu reaksiyonda aktif malzemeler anot ve katot olup lityum için ev sahipliği görevini görürler lityum ise misafir olarak bir elektrottan diğerine yer değiştirir.

Hücrede bu reaksiyonların oluşması için elektrot malzemelerinin elektrik iletkenliği sağlanmalıdır. Bu amaçla, elektrot malzemeleri yüksek iletken metal folyolar üzerine lamine edilir veya folyo üzerine biriktirilir. Folyoların üzerindeki elektrotlar arasında gerçekleşmesi muhtemel kısa devreyi önlemek için mikro gözenekli seperatörler ve iletkenliği sağlamak için sıvı/jel/ katı elektrolitler kullanılarak hücre içerisinde lityum iyonlarının yer değiştirmesi sağlanır .

Şekil 1: Çalışma Sürecinde oluşan reaksiyonlar

Kapasite :

Tekrar şarj edilebilir lityum iyon pillerde verim, kapasite ile belirlenir. Hücrede aktif olan malzeme miktarı ile belirlenen kapasite, tam olarak şarj edilmiş bir pilden belirli deşarj koşulları altında elde edilen toplam amper saat (Ah) olarak tanımlanır. Aktif bir gram eş değer malzeme 96500 C yük veya 26,8Ah teorik kapasiteye sahiptir. Ticari anlamlılığa sahip bir lityum pilin yalnızca güvenli ve uzun ömürlü olması değil yüksek kapasitelerde hizmet vermesi de beklenmektedir.

Pil Kapasitesi Neden Düşer ?

Lityum iyon pil ve diğer piller zamanla maksimum kapasitesini kaybetmektedir. Bunun bazı sebepleri vardır ; Lityumun ve elektrolit ile tepkimeye girerek SEI denilen katı elektrolit ara fazlı bileşikler oluşturması. SEI, lityum ve elektroliti geri dönülemez biçimde tüketince toplam lityum miktarı azalır bunun sonucunda pilin maksimum kapasitesi düşer. Diğer neden ise pil tükenene kadar tamamen boşaltıldığında kobalt tarafında çok fazla lityum kalmasıdır.

Şekil 2:Lityum iyon pil şarj kademeleri

Şekil 3:Lityum iyon pil şarj olurken zamanla akım, gerilimle kapasite değişimi