Pillerde tasarım devrimi: Akıllı telefonlar ve elektrikli araçlara yarayacak

HABER MERKEZİ

Oluşturulma Tarihi: Ocak 12, 2026 18:03

Akıllı telefonlardan elektrikli otomobillere kadar modern hayatın büyük bölümünü piller taşıyor. Ama iki büyük sorun hâlâ masada: üretim maliyetleri ve yangın/patlama riski. Bu yüzden uzun süredir “daha güvenli” görülen tam katı hal piller umut olarak gösteriliyor. Ne var ki mühendisler bugüne kadar aynı anda güvenlik + yüksek performans + düşük maliyet üçlüsünü yakalamakta zorlandı.

Güney Kore’de KAIST merkezli bir ekip ise dikkat çeken bir yaklaşım ortaya koydu: Performansı pahalı metallerle zorlamak yerine, malzemenin iç yapısını akıllıca tasarlayarak belirgin bir iyileşme sağlamak. 

SIVI YERİNE KATI

Geleneksel lityum pillerde, iyonların iki elektrot arasında gidip gelmesini sağlayan sıvı elektrolit bulunuyor. Tam katı hal pillerde ise bu sıvı, katı elektrolit ile değiştiriliyor. Bu değişim güvenlik açısından cazip; çünkü yanıcı sıvı bileşenler azalıyor.

Ancak sorun şu: Lityum iyonları, sıvılarda çok daha rahat hareket ederken katıların içinden geçmekte zorlanıyor. Bu yüzden önceki birçok çözüm, iyon hareketini hızlandırmak için pahalı elementlere, zor üretim adımlarına veya karmaşık bileşimlere yaslanıyordu. 

OKSİJEN VE KÜKÜRT

KAIST ekibi, iyonların katı elektrolit içinde “yol bulma” problemini yapısal tasarımla çözmeye odaklandı. Yaklaşımın merkezinde “iki değerlikli anyonlar” denilen oksijen ve kükürt gibi elementler var.

Bu elementler, katı elektrolitin kristal iskeletine kontrollü biçimde dahil edilerek iç yapıyı yeniden düzenliyor. Ekip bunu, görece uygun maliyetli ham maddelerle üretilebilen zirkonyum (Zr) tabanlı halojenür katı elektrolitlerde uyguladı. Basitçe söylemek gerekirse amaç şu: Lityum iyonlarının ilerlediği “koridorları” genişletmek ve iyonların hareketi için gereken enerji engelini düşürmek.

Araştırmacılar bu tasarım ilkesini “Framework Regulation Mechanism” olarak adlandırıyor. Mesaj net: “Daha pahalı malzeme” yerine “daha akıllı mimari”. 

2 İLA 4 KAT ARTIŞ

Deney sonuçları iddialı: Oksijen veya kükürt eklenen elektrolitlerde lityum iyonlarının hareketliliği, geleneksel zirkonyum tabanlı benzerlerine göre 2 ila 4 kat artıyor.

Oda sıcaklığında ölçülen iyonik iletkenlik değerleri de pratik kullanım eşiğine yakın/üstü bir tablo çiziyor:

• Oksijen katkılı elektrolit: yaklaşık 1,78 mS/cm
• Kükürt katkılı elektrolit: yaklaşık 1,01 mS/cm

İyonik iletkenlik, iyonların malzeme içinde ne kadar kolay aktığını gösteren temel bir ölçüt. Oda sıcaklığında 1 mS/cm ve üzeri değerler, gerçek dünya uygulamaları için genellikle “yeterli” kabul edilen seviyelerden biri olarak anılıyor. 

ÜRETİMDE YENİ ROTA

Ekip, yapısal değişikliklerin gerçekten gerçekleştiğini doğrulamak için ileri analiz yöntemleri ve bilgisayar modellemeleriyle kristal yapıdaki dönüşümü izledi. Böylece “performans arttı” iddiası sadece sonuç ölçümüyle değil, içeride neyin değiştiğiyle de desteklenmiş oldu.

Bu çalışma, katı hal pil yarışında önemli bir bakış değişimini öne çıkarıyor: “Hangi malzeme?” sorusundan çok, “Elimizdeki malzemeyi nasıl tasarlarsak daha iyi çalışır?” sorusuna odaklanmak.

Elbette katı hal pillerin önünde yalnızca elektrolit meselesi yok. Elektrot-elektrolit arayüzündeki temas sorunları, seri üretimde ölçeklenebilirlik, uzun ömür ve farklı sıcaklıklarda kararlılık gibi başlıklar hâlâ kritik. Yine de maliyeti şişirmeden performansı yukarı çekebilen bu tür “tasarım tabanlı” hamleler, katı hal pillerin laboratuvardan piyasaya giden yolunda önemli bir eşik olarak görülüyor.