Pseudo Kapasitörlerin Milisaniyede Şarj Edilmesini Sağlayan 2 Boyutlu Malzeme
Bundan 20 yıl önce Drexel Üniversitesi’ ndeki araştırmacılar yeni bir tür malzeme keşfettiler ve buna Max fazı (M, geçiş metali için A, A grubu metali ve karbonu ve / veya azotu X olarak adlandırdılar) ismini verdiler. O zaman bilim adamları, materyalin her şeyin kaynağı olan bir tür ilkel yapıştırıcı görevi görebileceğine inanıyordu, çünkü bu materyal tüm elementleri içeriyordu, ancak bilim adamları tarafından yeniden düzenlenmesi gerekmekteydi. Drexel araştırmacıları, 2011 yılından bu yana, “MXene” adı verilen bu Max faz yapışkan maddesinin yinelemesiyle/tekrarıyla çalışıyorlardı. İki boyutlu (2D) olan materyal aslında MAX’ dan alüminyumun atomik olarak ince katmanlarının soyulması ve pul pul haline getirilmesi işleminden sonra elde edilmiştir. 2013 yılına gelindiğinde Drexel araştırmacıları, ilk önce onlarca MXene malzemesinden birinin enerji depolama için bir malzeme olabileceğini keşfettiler.
Drexel bilim insanları, Toulouse, Fransa’daki Université Paul Sabatier’deki araştırmacılarla birlikte Nature Energy dergisine yaptıkları açıklamalara göre; titanyum, molibden ve karbidden yapılmış daha önce de belirtilen MXene malzemesini pseudo kapasitif malzemelerin milisaniyelik şarj sürelerine ulaşmaları için kullanmışlardır.
Elektrikli çift katmanlı kondansatörler gibi süperkapasitörün diğer çeşitlerinin aksine, pseudo kapasitörlerde şarj, piller gibi kimyasal bir mekanizma yoluyla depolanır. Pseudo kapasitörler, piller ile EDLC’ lerin arasına bir yere yerleştirilir ve onlarca saniye ile birkaç dakika arasında şarj olur. Bunların temel avantajı, daha hızlı çalışırken, bazı piller kadar şarj edebilme kapasitesine sahip olmalarıdır.
Drexel araştırmacıları pseudo kapasitörler için şarj sürelerini onlarca saniyeden milisaniye kadar kısaltır.
Drexel’ de doktora yapan aynı zamanda yapılan araştırmanın yazarlarından da biri olan Maria Lukatskaya ‘Hızlı şarj sürelerinin anahtarı, MXene sayfalarının yüzeyinde iyonlara kolaylıkla ulaşılmasına izin veren elektrot mimarisidir.’ demiş. ‘Ayrıca, bu çalışmada daha yüksek bir enerji yoğunluğuna yol açan uzun bir çalışma voltajı penceresi gösteriyoruz.’ şeklinde açıklamalarını sürdürmüştür. Metriklerin materyale değil de cihaza ait bir özellik olmasından dolayı araştırmacılar henüz enerji yoğunluğu değerlerini sağlayamamışlardır. Araştırmacılar, bir süper kondansatörün (hatta pseudo kapasitörün pil benzeri bir şarj deposu kullanan) enerji yoğunluğunun bir Li-ion pilinkinden daha düşük olacağını kabul etmişlerdir.
Bununla birlikte, günümüzün sayısız elektronik cihazlarının hızlı bir şekilde şarj edilmesine izin veren enerji depolama aygıtlarına sahip olmak istiyorsanız, saatlerce değil de birkaç dakika içinde birkaç dakika içinde pseudo kapasitörler bu fırsatı sunabilmektedir. IEEE Radyoloji Laboratuvarı’ ndan Yury Gogotsi ‘Bu çalışmanın temel değeri, pseudo kapasitif yük depolama biriminin, fiziksel yük depolama birimi kullanan çift katmanlı kapasitörlerle aynı yüksek oranlarda (ancak ağırlık ya da birim birimi için 5-10 kat daha fazla yük depolandığında) elde edilebileceğinin göstergesidir. Elektrot malzemesi, yeterli elektronik ve iyonik iletkenlik sağladığı sürece bunun enerji depolama alanında oyun-değişen bir gelişme olduğuna inanıyoruz.’ demiştir.
Bu işin gerçek dünyada bir enerji depolama aygıtı haline gelmesi için Gogotsi başlangıçta malzeme sentezini ölçeklendirmesi gerektiğine inanmaktadır. Günümüzde, laboratuvarlarında her parti için 100 grama kadar üretim yapmaktadırlar. Bundan sonra, MXenes ve diğer oldukça iletken pseudo kapasitif malzemeler kullanan enerji depolama aygıtları tasarlamaları gerekecektir.
Gogotsi açıklamalarına ‘Voltaj penceresini daha da genişletecek MXene katotlarına eşleşen anotlar geliştirmekteyiz, bu durum da enerji yoğunluğunun iki katına çıkarılması anlamına gelmektedir.’ şeklinde devam etmiştir.
Kaynak : ieee.org
