Daha Uzun Ömürlü Yakıt Pilleri Oluşturmak!
Yakıt pilleri; dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları ve otomobiller de dahil olmak üzere batarya ile çalışan neredeyse tüm cihazlar için gelecekte elektrik üretebilir. Genellikle yakıt olarak hidrojen ve oksidan olarak da hava kullanan yakıt pilleri, içten yanmalı motorlardan daha temizdirler. Çünkü yakıt pilleri elektrokimyasal reaksiyonlar yoluyla enerji üretirler. Su, reaksiyonun birincil ürünü olduğu için de kirliliği önemli ölçüde azaltır.
Yakıt pillerinin ömrünü etkileyen bir sorun ise, merkezi elektrolit membranının oksitlenmesi veya parçalanmasıdır. Proses, membranda delik oluşumuna yol açar ve sonuç olarak kimyasal bir kısa devreye neden olabilir.
Saint Louis’deki Washington Üniversitesi’nden bir mühendislik ekibi, oksidasyonun meydana gelme hızına bakmak için yeni bir yol geliştirdi. Yakıt hücresinin içinde flüoresans spektroskopisi kullanarak, serbest radikaller diye adlandırılan, oksitlenmeden sorumlu kimyasalların oluşumunu, operasyon boyunca inceleyebilirler. Bu teknik, hücrelerin nasıl bozulduğunun anlaşılması ve yakıt pilinin ömrünü uzatabilecek, önleyici stratejilerin tasarlanması söz konusu olduğunda bir oyun değiştirici olabilir.
Roma B. ve Raymond H. Wittcoff Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Yüksekokulu’ndan Çevre ve Enerji Profesörü olan Vijay Ramani, “Bir araba ya da bir cep telefonu gibi bir cihaz aldığınızda, mümkün olduğunca uzun süre dayanmasını istiyorsunuz. Ne yazık ki, yakıt pillerindeki bileşenler de bozulabilir ve bunu düzeltmek kolay değildir. Yeni araştırmamız, bu cihazların başarısız olabileceği bölümlerden birine ışık tutuyor ve bu yakıt pillerini kullanan cihazların kullanım ömrünü artırabilmemiz için yöntemler bulmamıza izin veriyor” diyor.
ChemSusChem dergisinde bu yaz yayınlanan araştırma, yakıt hücrelerinin iç zarlarını incelemek için, hücre içinde bir yaklaşım kullanan ilk araştırmadır. Burada floresan bir boya sisteme dahil edildi ve operasyon sırasında zararlı serbest radikallerin oluşma oranını belirlemek için bir işaretleyici olarak kullanıldı.
Ramani’nin laboratuvarında doktora adayı olan ve aynı zamanda çalışmanın ortak yazarı Yunzhu Zhang, “Floresans spektroskopisini bir optik fiber ile birlikte kullanarak, zarları parçalamak için çalışan, yakıt hücresi içerisinde üretilen oksidatif serbest radikalleri nicel olarak değerlendirebiliriz” dedi.
Araştırmacılar, yakıt hücrelerinin iç işleyişini gözlemledikten sonra, yakıt hücresi zarından yayılan ışık ne kadar zayıf olursa, iç kısımdan gelen arızanın da o kadar büyük olduğunun farkına vardılar.
Projeye asistanlık yapan doktora sonrası araştırmacısı Shrihari Sankarasubramanian, “Bu sürecin gerçek zamanlı olarak gerçekleştiğini görebiliyoruz” dedi.
Yakıt hücresi arızalarını inceleyen araştırmacılar, şimdiye kadar, hangi kimyasal reaksiyonların membran arızalarından sorumlu tutulabileceğini belirlemek için hücrenin emisyonlarına güveniyorlardı. Bu yeni yaklaşımın, daha iyi bir değerlendirme için, içeride yer alan faktörlere odaklanmalarına imkan verdiğini söylüyorlar.
Doktora sonrası araştırmacısı ve araştırma ortak yazarı Javier Parrondo, “Yakıt hücresi zarının bozunmasına neden olan serbest radikaller çok kısa ömürlü olduklarından, anyon değişim membranları çok incedir. Bizim hücre içinde yapılan bu yeni araştırmamız, yakıt hücresi çalışması sırasında meydana gelen kimyasal arızaları daha iyi incelemek, anlamak ve önlemek için bir anahtardır” dedi.
Ramani, “Bir sonraki adımımız, yakıt hücresi membranlarında antioksidan kimyasalların kullanılması ve bu kimyasalların, membranın parçalanma oranını düşürüp düşürmeyeceklerini göstermektir” dedi.
Kaynak : phys.org
