Metal İçermeyen Piller, Daha Sürdürülebilir ve Ekonomik Şebekeler için Umut Vaat Ediyor
Fotoğraf : KAUST araştırmacıları tarafından geliştirilen yüksek verimliliğe sahip metal içermeyen pilin çizimi.
Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi(KAUST)’taki araştırmacılara göre şarj bataryası olarak amonyum katyonları kullanan, yeniden şarj edilebilir piller, metal-iyon-bazlı pillere çevre dostu ve sürdürülebilir bir malzeme sağlayabilir.
Lityum-iyon piller gibi metal-iyon piller, en gözde ve güvenilir enerji depolama çözümüdür. Yüksek enerji yoğunlukları ve çok yönlülükleri nedeniyle taşınabilir tüketici elektroniği ve elektrikli araçlar pazarına hakimdirler. Bununla birlikte, elektrolitlerde kullanılan metal iyonları sınırlı ve azalan kaynaklardan gelir ve bu da uzun vadeli kullanılabilirliği tehdit eder. Toksisiteleri ve yanıcılıkları güvensiz olabilir ve çevreye zararlı olabilirler.
Sürdürlebilirlik ve çevresel sorunlara çözüm bulmak için amonyum-iyon-bazlı pilleri üretmek için bazı girişimler olmuştur, çünkü bu katyonlar hafiftir ve sentezlenmeleri ve geri dönüştürülmeleri kolaydır. Bununla birlikte, amonyum katyonları, düşük çalışma potansiyelinde hidrojen ve amonyağa indirgenmeye eğilimlidir. Bu da pillerin tam potansiyellerine ulaşmasını engeller. Ayrıca elektrolitlerde kolayca çözünmeleri, elektrot malzemelerine dahil edilmelerini zorlaştırmaktadır.
Husam Alshareef, Doktora Sonrası Araştırmacısı Zhiming Zhao ve çalışma arkadaşları, elektrolit içeren amonyum katyonu ile karbon bazlı elektrotları birleştirerek yüksek verimlilikli, metal içermeyen bir pil geliştirmişlerdir.
Amonyum katyonları ile araştırmacılar, negatif yük taşıyıcıları olarak hekzaflorofosfat iyonlarını seçtiler ve grafitin, bir “çift iyon” pil oluşturmak için katmanları içinde bu anyonları geri dönüşümlü olarak barındırma yeteneğinden yararlandılar. Pilde, katyon ve anyonlar şarj döngüleri sırasında karşılık gelen elektrotlarına aynı anda yerleşirler ve deşarj döngüleri sırasında elektrolite salınırlar.
Zhao, bunun çalışmalarını diğer çalışmalardan farklılaştırdığını söylemiştir. “Yüksek voltaja dayanıklı bir dizi çözücüyü tarayarak ve aynı zamanda indirgeme kararlılığını da hesaba katarak hem antioksidatif hem de indirgeyici olmayan bir elektrolit tasarladık,” demiştir.
Antioksidatif solvent esas olarak katot reaksiyonuna katılan anyonları çözerken, anti-indirgeyici muadili, anot reaksiyonuna dahil olan katyonların etrafında bir çözünme küresi oluşturmuştur. Zhao, “Bu yapılandırma pil kararlılığı için çok önemlidir,” şeklinde açıklamıştır.
Pil, 2,75 voltluk rekor çalışma voltajıyla mevcut amonyum iyon bazlı analoglardan daha iyi performans göstermiştir. Zhao, “Metal iyon pillerle rekabet edebilecek yüksek enerjili metalik olmayan iyon piller geliştirmek artık mümkün,” demiştir.
Ekip şu sıralar büyük ölçekli uygulamalara yaklaşmak adına performansı arttırmak için çalışmaktadır. Zhao, “Enerji yoğunluğunu iyileştirmek için çok önemli olan daha yüksek kapasiteli anot malzemeleri araştırıyoruz,” demiştir.
Alshareef’in grubu, özellikle şebeke ölçekli depolama için lityum iyon pillere ucuz alternatifler geliştirmektedir. “Şebekeyi tamamen karbonsuz bir hale getirmek için pil maliyetleri er geç büyük ölçüde düşmelidir,” demiştir Alshareef. Lityumun amonyum iyonları gibi metalik olmayan yük taşıyıcılarıyla değiştirilmesi, bu maliyetleri düşürmeye yardımcı olabilir.
Kaynak: techxplore.com
