Elektrik Şebekesine Bağlanabilen Yeni Tip Batarya
Fotoğraf : Yeni pilin şarj edilmesi sırasında manganez sülfat elektrolit çözeltisinden mangan iyonları (kırmızı) katotta karbon-fiber bazlı malzeme (yeşil) üzerinde depolanırken, anot malzemedeki (mor) platin katalizörü (sarı) sudan hidrojen gazı üretir. Deşarj esnasında ise işlem tersine çevrilir.
Manganez-hidrojen üretimi yeni tip bataryalar, yüksek kapasite, uzun ömür ve düşük maliyet vadediyor.
Araştırmacılar, manganez ve hidrojenden oluşan yeni bir pilin şebekeye enerji depolamak için kolayca ölçeklendirilebileceğini söylüyorlar. Bu batarya çok miktarda enerji barındırıyor, uzun süre dayanıyor ve yeterince ucuz olabilir.
Şebeke elektriği depolamak için mükemmel bataryayı bulmak, araştırmacılar için önemli bir çalışma. İdeal şebeke elektirği pili, küçük bir hacme çok fazla enerji depo etmelidir ve ABD Enerji Bakanlığı’nın gereksinimlerine göre, her kilovat saat enerjisini 100 $ veya daha düşük bir fiyata depolanmalıdır. Stanford Üniversitesi’nde malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan Yi Cui, sistemin aynı zamanda uzun süre çalışması gerektiğini söylüyor. “Onları 10,000 şarj döngüsü veya daha fazla çalıştırmak istiyoruz, böylelikle 25 yıl dayanabilirler.”
En güncel pil teknolojileri en az bir alanda yetersiz kalmaktadır. Dizüstü bilgisayarlara ve elektrikli arabalara güç sağlayan lityum iyon piller, 200 Wh / kg’ın üzerinde enerji yoğunluklarına sahiptir, ancak DOE (U.S. Department of Energy-Birleşik Devletler Enerji Kurumu) gerekliliklerinin iki katından daha yüksek maliyete sahiptir. Redoks akımlı piller de pahalıdır. Bu arada, kurşun asitli bataryalar ucuz, ancak sadece 500 defa kullanılır ve enerji yoğunlukları ortalamanın altındadır. Araştırmacılar yakın zamanda düşük maliyetli akülerle, elektrolitler olarak sulu çinko ve sodyum iyonları çözeltileri ürettiler, fakat aynı zamanda düşük enerji yoğunluğu ve kısa kullanma ömrüne sahipler.
Cui ve çalışma arkadaşları manganez üzerine yoğunlaştı. Yeni pilin şebeke için tüm kritik gereksinimleri karşıladığını söylüyorlar. Manganez ve hidrojen bol olduğu için düşük maliyetli olma potansiyeline sahip. Kurşun-asit oranına göre yaklaşık 140 Wh / kg’lık bir enerji yoğunluğuna sahipler ve 10.000 defadan daha fazla kullanılabilirler.
Fotoğraf : Bu prototip mangan-hidrojen pil hücresi (fotoğraf, sağda), sulu bir elektrolit içerisinde, bir çelik silindirin iç tarafına sarılı bir karbon katot (yeşil) ve ortada küçük bir platin yüklü karbon anotdan (gri) oluşur.
Yeni batarya, platin katalizörü yüklü karbon fiber bazlı kumaştan yapılmış bir anod’a sahiptir. Katot, düz bir karbon kumaştır ve elektrolit, bir manganez sülfat çözeltisidir. Pil şarj edildiğinde, platin katalizörü anotta suyu azalttığında hidrojen gazı kabarcıkları oluşur. Bu arada, elektrolitten gelen mangan iyonları, oksijen ile birleşir ve katot üzerinde katı manganez dioksit olarak biriktirilir. Deşarj sırasında tersi gerçekleşir: mangan iyonları elektrolite geri karışır, hidrojen su oluşturmak için oksitlenir ve elektronlar dış devrelerden geçer.
Bir pil hücresi yapmak için, araştırmacılar katodun bir parçasını yuvarladılar ve standart bir karbon pilin büyüklüğüne göre paslanmaz çelik bir silindirin içine yerleştirdiler. Yapının ortasına küçük bir anot parçasını sıkıştırdılar, elektrotlarla elektrot arasındaki boşluğu doldurdular ve hücreyi kapattılar.
Cui, “Cihaz zaten laboratuvarlarda test edilenlerden çok daha büyük ve yüksek oranda ölçeklenebilir” diyor. Pratik cihazlar, laboratuar ölçekli modellerden daha büyük versiyonları olacak ve büyük basınçlı çelik tanklar hidrojen depolayacak. Ekip, platinin yerini almak için düşük maliyetli katalizörler geliştirdi ve şimdi pil performansını daha da iyileştirmek için diğer katot malzemeleri ile deney yapıyor.
San Diego California Üniversitesi’nde enerji depolama malzemeleri tasarlayan Ping Liu, “Bu pil, uydulara güç vermek için kullanılan nikel-hidrojen pillere benziyor. Tankın boyutu kritik bir konu olacak. Tanklar maliyetli ve hantal. Yine de bunlar aşılmaz sorunlar değil. Eğer bir çözüm bulabilirlerse, o zaman maliyet çok düşük” diyor. Bunlar, 20.000 kullanım gibi etkileyici uzun ömürlü, ama pahalı ve yeni manganez bataryasının çözülmesi gereken zorlukları var.
Kaynak : acs.org
