Beklemekten kurtulmak için sabırsızlanıyoruz!
Durmak, fişe takmak ve şarj etmek için zaman bulmaya çalışmak tarih olabilir. Bilim insanları, pilleri saatler yerine saniyeler içinde şarj edebilecek yeni bir elektrot tasarımı geliştiriyorlar.
Bunun, sadece telefonları şarj etme derdini değil, aynı zamanda elektrikli araç pazarını geride tutan başlıca konulardan birini de çözebileceğini söylüyorlar.
Bundan önceki araştırmalarda, taşınabilir elektronik cihazlar için süperkondansatörlerin bir enerji depolama cihazı şeklinde kullanımına bakılmıştı. Süperkondansatörler büyük atımlar halinde enerji salıyor ve söz konusu teknolojimize güç sağlamak olduğunda inanılmaz potansiyele sahipler.
Sorun şu ki bunlar, uzun vadeli enerji depolamak yerine sadece hızlı şarj/boşaltım döngüleri için kullanılabiliyorlar.
Şimdi Drexel Üniversitesi’nde bulunan bir takım, MXene adı verilen bir malzeme kullanarak bir süperkondansatörün özelliklerini geniş depolama hacimlerine sahip geleneksel piller ile birleştirdi.
Drexel Mühendislik Fakültesi’nden baş araştırmacı Yury Gogotsi şöyle söylüyor: “Bu tez, pillerde kullanılan ve geniş ölçüde kabul edilen kimyasal şarj depolamasının, süperkondansatörler olarak da bilinen elektriksel çift katmanlı kondansatörlerde kullanılan fiziksel depolamadan her zaman çok daha yavaş olduğu dogmasını çürütüyor.”
“İnce MXene elektrotlarının onlarca milisaniye içinde şarj edildiğini gösterdik. Bu durum, MXene’nin çok yüksek elektronik iletkenliği sayesinde mümkün oldu. Bu olay, saniyeler içinde şarj olup boşaltılabilen fakat geleneksel süperkondansatörlerden çok daha fazla enerji depolayan ultra hızlı enerji depolama cihazlarının geliştirilmesinin yolunu açabilir.”
MXene, bir sandviç gibi görünen ince bir nanomalzemedir: geçirgen bir karbon ve metal ‘dolgu’ ile oksit ‘ekmekten’ oluşur. Bunlar üretildiği zaman, MXene katmanları her birinin üstünde Pringles gibi istiflenir.
MXene mükemmel iletkenliğe sahip olsa da, Pringle yapısı, kimyasal şarj taşıyıcıları olan iyonlar için pil boyunca dağılmayı zorlaştıran bir engel oluşturuyor.
İyonlar, bir pilin şarj depolaması için “redoks aktif bölgeleri” adı verilen deliklerde tutuluyorlar. Ne kadar fazla delik olursa, bir pil o kadar fazla enerji tutabiliyor ve önemli bir biçimde, pilin de iyonların serbest şekilde hareket etmesine olanak sağlaması gerekiyor yoksa deliklere ulaşamıyorlar.
İyonların MXene’de serbest şekilde dolaşmasına olanak sağlamak için yapı konusunda bir şeyler yapılması gerekiyordu.
Bilim insanları, MXene’ni bir hidrojel ile birleştirip, Pringle istifini daha çok İsveç peynirine benzer bir şeye dönüştürüp iyonların serbest şekilde akmasına olanak sağlayarak MXene’nin yapısını değiştirdiler.
Takım üyesi Maria Lukatskaya şöyle söylüyor: “Geleneksel piller ve süperkondansatörlerde iyonlar, şarj depolama deliklerine doğru giden dolambaçlı bir güzergâha sahip. Bu durum her şeyi yavaşlatmakla kalmıyor, aynı zamanda aslında çok az iyonun hedeflerine hızlı şarj oranlarında ulaştığı bir hal meydana getiriyor.
“İdeal elektrot mimarisinin, iyonların tek şeritli yollar yerine, çok şeritli, yüksek hızlı ‘otoyollar’ aracılığıyla deliklere hareket ettiği bir şey olması lazımdı. Bizim makrogözenekli elektrot tasırımımız bu hedefe ulaşıyor ve birkaç saniye civarı süren hızlı şarja olanak sağlıyor.”
Çalışma her ne kadar umut verici görünse de, pilin bir taşıtta kullanmak için tam olarak nasıl büyütülebileceğinin belli olmadığını belirtmekte yarar var. Ancak bu araştırma arabalarda veya telefonlarda son bulursa, pillerin kullanılma şeklini tamamen değiştireceğinden şüphe yok.
“Eğer pil elektrotları olarak düşük boyutlu ve elektronik olarak iletken malzemeleri kullanmaya başlarsak, bugün olduğundan çok ama çok daha hızlı çalışan piller yapabiliriz,” diyor Gogotsi. “Bu gerçeğin değerlendirilmesi, sonunda bizi çok daha hızlı oranlarda, saatler yerine saniyeler veya dakikalar içinde şarj olma yeteneğine sahip arabalara, dizüstü bilgisayarlara ve cep telefonu pillerine götürecek.”
Beklememek için sabırsızlanıyoruz!
Çalışma Nature Energy bülteninde yayınlandı.
ScienceAlert
