Yeterli bir güç kaynağından pek fazla şey beklememeliyiz; özellikle de, çalışırken fırın gibi sıcak olmamasını… Çünkü bunu değiştirmek mümkün değil.
Florür, onlarca yıldır, lityum iyon piller ile yarışabilecek bir rakip gibi görülmüştü. 150 Celsius dereceden daha yüksek bir sıcaklıkta pişmeye ihtiyaç duymasaydı, rakibinden daha önde olabilirdi. Şimdiyse, pil piyasasında işler değişmeye başlıyor gibi görünüyor.
Caltech’de araştırmacı olan ve 2005 yılında Nobel Kimya Ödülü’nü kazanmasıyla bilinen Robert Grubbs, “Florür pillerin enerji yoğunluğu daha yüksek olabilir, yani daha uzun süre dayanabilirler; bugün kullandığımız pillerden sekiz kata kadar daha uzun süre” diyor.
Bu durum, akıllı telefonunuzu günde bir defa yerine, haftada bir defa fişe takabileceğiniz anlamına geliyor. Bunun yanısıra uzay araçları, daha küçük bir hücreye daha fazla güç sığdırarak, hayati önem taşıyan ağırlık miktarından tasarruf edebilir.
Akıllı cihazlarınıza güç veren elektrokimyasal teknoloji tipi, pozitif yüklü lityum ‘Li2+’ katyonlarından yararlanıyor ve bunları bir tür kimyasal ‘piston’ gibi kullanarak, bir devre üzerinden elektrik yükü çekiyor.
Tam dolu şarjda, pilin anot kısmını bir katyon arzı kaplıyor. Devre kapandığı zaman, iyonlar katoda akın ediyor ve o çok önemli işi yerine getiren bir akım oluşturuyorlar. Hücreyi sıfırlamak için gereken tüm şey ise, lityum pistonunu yeniden geri ‘ittiren’ bir gerilim.
Elbette, bu piston ters şekilde de çalışabiliyor. Florür gibi negatif iyonlar (F-) da, elektronları bir iletkenin üzerinden çekmek için gereken bu gerilimi oluşturabiliyorlarmış.
Aslında, iyon başına daha düşük miktarda yük barındırdıkları için, bazı durumlarda çok daha iyi bir iş bile çıkartabiliyorlarmış.
NASA’nın Jet İtiş Laboratuvarı’nda araştırmacı olan Simon Jones, “Daha uzun süre dayanan bir pil yapmak için, daha büyük miktarda yük taşımanız gerekir” diyor.
“Birden fazla yüklü metal katyonları taşımak zor fakat, daha kolay yolculuk eden ve tek yüklü olan birkaç anyon taşınarak da benzer bir sonuç elde edilebilir.”
Aradaki fark, üzerinde içecek bulunan bir tepsi taşıyan bir garson göndermeye benziyor. Tek garsonun içecekli bir tepsi taşıması daha verimli gibi görünebilir, fakat her birinde bir içecek bulunan iki tane esnek garson, çok daha atik olur ve içecekleri çok daha kolay toplar.
Hal böyle olunca, küçük anyonlara dayanan teknoloji, kuramsal bakımdan daha iyi bir pil meydana getirebilir. Üstelik florür, yeterince düşük bir atom kütlesine sahip ve bu yüzden, anyon konusunda 1970’lerden beri dikkatleri üzerine çekmişti.
“Ancak florür ile çalışmak zor olabilir; özellikle de çok aşındırıcı ve tepkisel bir madde olduğu için” diyor Grubbs.
Bu durum, kimsenin işlevsel bir florür iyon pili oluşturamadığı anlamına gelmiyor. Fakat iyonlar katı bir yapının parçası olduklarından, tahmin edebileceğiniz üzere çok kolay şekilde kaymıyorlar. En azından, oda sıcaklığında böyleler.
150 Celsius derecenin ötesinde, bu durum pek sorun olmuyor. Tabi bu sefer de pil, kek yapılabilecek bir sıcaklığa çıkıyor.
Caltech araştırmacıları, bu sorunun üstesinden gelmek amacıyla, bis(2,2,2-trifloroetil)eter (veya kısa adıyla BTFE) adı verilen bir elektrolit çözücüsünü denemişler.
Çözücü, florür anyonlarının, elektrotların arasında oda sıcaklığında yer değiştirmesini sağlamış. Araştırmacılar daha sonra, katkı maddeleriyle birlikte verimi artırmanın yollarını bulmak amacıyla çeşitli örnekler yürütmüşler.
Oluşturulan nihaî formül dengeliymiş ve yüksek bir iletkenliğe olanak sağlayıp, çeşitli gerilimlerde çalışmaya izin veriyormuş.
Bu sıvı ile bakır-lantan triflorürü eşleştiren araştırmacılar, anyona dayanan ve ısı yükselmeden şarj edilip boşaltılabilen verimli bir pil oluşturmanın mümkün olduğunu bulmuşlar.
“Geliştirme bakımından hâlâ ilk aşamalardayız fakat bu, oda sıcaklığında çalışan ilk şarj edilebilir florür pili” diyor Jones.
O halde, haftalık telefon şarjları için biraz daha beklememiz gerekebilir. Bu heyecan verici teknolojinin piyasaya çıkmasını sabırsızlıkla bekliyoruz.
Araştırma Science bülteninde yayınlandı.
ScienceAlert
