Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Austin Texas Üniversitesi’ndeki mühendisler tarafından yapılan sodyum-sülfür pil, akıllı telefonlardan elektrikli araçlara kadar günümüzde her şeye güç sağlayan lityum iyon pillere ticari olarak uygun bir alternatif oluyor. Teknolojinin ilerlemesine engel olan konulardan birini çözmeyi hedefliyor.

Sodyum ve kükürt, lityum ve kobalt gibi çevresel ve insan hakları endişeleri olan malzemelerden daha ucuz ve daha yaygın olarak bulunabilirliğinden dolayı gelecekteki pil üretimi için ilgi odağı durumunda. Bu sebeple araştırmacılar son yirmi yıldır oda sıcaklığında sodyum bazlı pilleri kullanılabilir kılmak için çalışıyorlar.

UT’nin Teksas Malzeme Enstitüsü müdürü ve Walker Makine Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Arumugam Manthiram; “ Buna bir rüya teknolojisi diyorum çünkü sodyum ve kükürt bol, çevreye zararsız ve düşündüğünüz en düşük maliyettedir. Genişletilmiş elektrifikasyon ve artan yenilenebilir enerji depolama ihtiyacı ile birlikte, maliyet ve satın alınabilirlik tek baskın faktör olacak.” dedi.

UT Austin’deki son iki sodyum pil çalışmasından birinde araştırmacılar, pillerin şarj edilmesini ve boşalmasını sağlamak için iyonları katot ve anot arasında ileri geri hareketini kolaylaştıran sıvı elektrolitinin yapısını değiştirdi. Sodyum pillerde, anotta pilin hızla bozulmasına, kısa devre yapmasına ve hatta alev almasına veya patlamasına neden olabilecek dendrit adı verilen iğne benzeri yapıların büyümesi sorununa yoğunlaştılar.

Sodyum-kükürt piller için önceki elektrolitlerde, kükürtten oluşan ara bileşikler, sıvı elektrolit içinde çözülür ve pil içindeki iki elektrot arasında hareket ederdi. Mekik olarak bilinen bu dinamik, malzeme kaybına, bileşenlerin bozulmasına ve dendrit oluşumuna yol açabilir.

Araştırmacılar, sülfürün çözülmesini önleyen, böylece mekik ve dendrit problemlerini çözen bir elektrolit oluştururlar. Bu durum, pil için daha uzun bir kullanım ömrü sağlar ve 300 şarj-deşarj döngüsünün üzerinde istikrarlı ir performans gösterir.

Manthiram’ın laboratuvarında doktora öğrencisi olan Amruth Bhargav; “Suya çok fazla şeker koyduğunuzda şurup olur. Her şey çözülemez. Bazı şeyler yarı bağlantılı yarı çözülmüş. Bir pilde bunu yarı çözülmüş halde istiyoruz.” dedi.

Yeni pil elektroliti, konsantre bir tuz çözeltisinin "yarı çözünmüş" durumu koruyan inert, katılmayan bir çözücüyle seyreltilmesiyle benzer bir şekilde tasarlandı. Araştırmacılar, böyle bir elektrolitin elektrotlarda istenmeyen reaksiyonları önlediğini ve böylece pilin ömrünü uzattığını buldular.

Lityum fiyatı geçen yıl boyunca fırladı ve alternatiflere duyulan ihtiyacın altını çizdi. Lityum madenciliği, ağır yeraltı suyu kullanımı, toprak ve su kirliliği ve karbon emisyonları dahil olmak üzere çevresel etkileri nedeniyle eleştirilmiştir. Karşılaştırıldığında, sodyum okyanusta bulunur, daha ucuzdur ve daha çevre dostudur.

Lityum iyon piller tipik olarak, pahalı olan ve çoğunlukla Afrika'nın Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nde çıkarılan ve insan sağlığı ve çevre üzerinde önemli etkileri olan kobalt kullanır. Geçen yıl Manthiram, kobalt içermeyen bir lityum iyon pil gösterdi.

Araştırmacılar, elektrikli araçlar ve rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir kaynakların depolanması gibi teknolojilere uygulanabilir olup olmadığını görmek için daha büyük pillerle test ederek atılımlarını geliştirmeyi planlıyorlar.

Kaynak:techxplore.com