Anotsuz Çinko Piller Sayesinde Yenilenebilir Enerjinin Depolanması
Fotoğraf 1: Büyük Ölçekli Enerji Depolanması
Rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları, dünyanın fosil yakıtlara olan bağımlılığını azaltma konusunda yardımcı olabilir. Fakat bunun için öncelikle, enerjinin depolanması kavramı karşımıza çıkar. Yenilenebilir enerjiyle ilgili olarak, enerji şirketlerinin, enerjinin depolanması için güvenli ve uygun maliyetli bir yönteme ihtiyaçları vardır. Bu depolama işlemi, büyük lityum iyon pilleriyle yapılabilir. Ancak, lityum iyon pillerin güvenliğiyle alakalı bazı sorunlar olmasının yanı sıra bu piller, sınırlı bir lityum mevcudiyeti ile de karşı karşıyadırlar. Bundan yola çıkarak, araştırmacılar düşük maliyetli, doğada bol bulunan malzemeler kullanan, anotsuz ve çinko bazlı bir pilin bir prototipini yaptılar. Çalışmayla ilgili American Chemical Society’nin Nano Letters dergisinde bir rapor yayımlandı.
Sulu çinko bazlı piller hem güvenli olmaları hem de yüksek enerji yoğunlukları sebebiyle daha önceleri şebeke ölçeğinde enerji depolaması için araştırılmıştı. Sağladığı bu avantajların yanında, sulu çinko bazlı pillerde kullanılan malzemeler doğada bol miktarda bulunmaktadır. Bununla birlikte, şimdiye kadar geliştirilen şarj edilebilen çinko piller, maliyeti büyük oranda artıran kalın çinko metal anotlara ihtiyaç duyuyordu. Ayrıca anotlar, şarj sırasında dentrit oluşturmaya yatkındır ve bu da pilin kısa devre yapmasına neden olabilmektedir.
Bunun üzerine, Yunpei Zhu, Yi Cui ve Husam Alshareef pil tasarımında bir çinko anoda gerçekten ihtiyaç olup olmadığını merak ettiler. Araştırmacılar, daha önceden yapılmış anotsuz lityum ve sodyum metal pillerden ilham alarak, bir bakır akım toplayıcı üzerine çinko kaplama için tek kaynağın çinko bakımından zengin bir katot olduğu bir pil yapmaya karar verdiler.
Fotoğraf 2: Anotsuz Bir Zn-MnO2 Pili
Araştırmacılar, pillerinde çinko iyonları, sulu bir çinko triflorometan sülfonat elektrolit çözeltisi ve bir bakır folyo akım toplayıcı ile önceden interkalasyon yaptıkları bir manganez dioksit katodu kullandılar. Bu katmanlar yukarıdaki şekilde görülmektedir.
Pillerin çalışma prensibi ise şöyledir: Şarj esnasında, bakır folyonun üzeri çinko metalle kaplanır ve deşarj işlemi esnasında ise bu metal sıyrılır. Sıyrılan bu metal sayesinde aküye güç veren elektronlar açığa çıkar. Bu noktada, dendrit oluşumunu önlemek için, araştırmacılar bakır akım toplayıcısını bir karbon nanodisk tabakası ile kapladı. Bu katman sayesinde çinko kaplama düzenli bir yapı kazandı ve bu da dendritleri önledi. Dentrit oluşumunun engellenmesiyle, çinko kaplama ve sıyırma verimliliği artırılmıştır. Pil, 80 şarj ve deşarj döngüsüne tabi tutularak test edilmiştir. Test sonucunda pil, depolama kapasitesinin % 62,8’ini koruyarak yüksek verimlilik, enerji yoğunluğu ve kararlılık gösterdi. Bu çalışmanın sonucunda araştırmacılar, anotsuz pil tasarımının, enerji depolama sistemlerinde sulu çinko bazlı pillerin kullanılması için yeni yönler ortaya çıkaracağını ifade etmiştir.
Kaynak: scitechdaily.com
