Mikrodalgada Sürdürülebilir Batarya Malzemeleri Hazırlama

Fotoğraf 1: Lityum-İyon Bataryalar

İngiltere’deki St. Andrews Üniversitesi’nden kimyagerler şarj edilebilen batarya için daha iyi anotlar üretmenin basit ve sürdürülebilir yollarını hazırlıyor.

Kimyager Robert Armstrong liderliğindeki bir ekip sodyum-iyon bataryaları için uygun anot malzemeleri çeşitliliğini geliştirme çalışması yürütüyor. Bu bataryalar lityum-iyon bataryalarına rakip olabilir ve kat kat sürdürülebilir olup ve ucuz bir kaynak olan tuzdan üretilebilir.

Lityum-iyon bataryalar için anotlar genellikle karbon esaslıdır. Fakat küçük lityum-iyonlar grafit içerisine çok iyi bir şekilde uyarken, daha büyük sodyum iyonları grafit içerisine uyum sağlamaz. Araştırma altındaki alternatif anot malzemeleri karboksilatlar, iminler ve azo-olanların dahil olduğu redox-aktif organik grupları içeren molekülleri kapsar. Sentezler genellikle geleneksel solvent bazlı reaksiyonları içerir.

Fakat, geleneksel solventlerden kaçınarak bu batarya malzemelerine daha sürdürülebilir bir yol bulma girişiminde Armstrong ve ekibi reaksiyonları gerçekleşmenin başka yollarına yöneldi. Bunlardan birisi mikrodalga kullanmaktı. Ekip, model anot olarak sodyum naftalin-2-6-dikarboksilat (Na-NDC) prensibini kanıtlamayı amaçladı. Mikrodalgada hazırlarken; naftalin-2,6-dikarboksilik asit ve sodyum hidroksiti çözücü olarak az miktarda etanol içeren kapalı bir tüp içerisinde karıştırıldı. 10 dakika sonra, reaksiyon tamamlandı ve anot malzemesi soğutuldu ve kurutuldu.

Fotoğraf 2 : Mikrodalga Işınlama Kullanarak Na-NDC Hazırlamak İçin Reaksiyonun Şematik Gösterimi

Na-NDC elektrokimyasal yeteneği için test edildi. Bunu için, malzeme bir elektrot oluşturmak için bir bağlayıcıyla karıştırıldı. Farklı bağlayıcılar, su bazlı olanlar tercih edilir, test edildi. Armstrong, bağlayıcı karboksimetil selüloz ile kullanıldığında, elde edilen anot malzemesi ticarileştirme için umut vaat eden, özellikle yüksek kolombik verime sahip olduğunu ifade etti. ‘Şu anda malzemeler geleneksel bir cihazı inceleyebilecek kadar iyi değil. Bu engel aslında; düşük elektronik iletkenliktir.’ dedi. Uygulanabilir anot yapmanın anlamı, çok sayıda iletken karbon eklenmesi gerektiğidir. Bu durum ise düşük enerji yoğunluğuna yol açacak diye ekledi. Armstrong, farklı kompozit malzemeleri geliştirerek, anodun geliştirileceğini umuyor. Na-NDC için Armstrong; En az, geleneksel yöntemler ile hazırlanan; benzer malzemeler kadar iyi performans gösterir.” diyerek fikrini sunuyor.

Armstrong’un ekibi ayrıca yakın zamanda sodyum karboksilat üreten, farklı ve basit bir teknik yayınladı. Bu mekanokimyasal metod, bir saat civarında tamamlanıyor ve çözücüye ihtiyaç duymuyor.

İngiltere Sheffield’teki sodyum bataryaları üreticisi Faradion; Armstrong ve ekibi ile, uygulanabilir cihaz yapmak için yeterli anot malzemesini hazırladıktan sonra hem mikrodalga hem de mekanik olarak üretilmiş malzemeyi test etmek için iş birliği yapıyor.

Organik malzeme ile anot üretmenin avantajı kolayca değiştirilebilme yeteneğidir. Armstrong; “Ayarlanabilirlik için çok fazla alan var.” diyor. Mikrodalga ve mekanokimyasal sentezler gibi kullanılan metotlar elde edilen bataryanın sürdürülebilirliğine katkıda bulunuyor.

Sheffield Üniversitesi’nde Serena Cussen, diğer batarya bileşenlerini incelemek için mikrodalga sentez yöntemini kullanan kişi, Armstrong ile aynı fikirde. Serena; “Organik bazlı elektrotlar çevresel etki endişesiyle karşı karşıya olan inorganik muadillerine göre daha sürdürülebilir bir alternatif oluyor.” diyor. Zorluklar uygun ölçekli mikrodalga sentezi çalışmalarında devam ederken Serena mikrodalga rotalarının daha sürdürülebilir enerji depolama malzemelerinin üretimi için heyecan verici bir olasılık olduğunu ekliyor.

Kaynak: chemistryworld.com