Birleştirilen, Parçalanan ve Yeniden Başlatılan Piller
Dizüstü bilgisayarınızda veya rüzgar çiftliklerinin dışında enerji depoluyor olsanız da, yüksek kapasiteli, uzun ömürlü ve güvenli pillere ihtiyacımız var. Pillerde, herhangi bir elektrokimyasal cihazda olduğu gibi, elektrolit ve aktif maddenin katı elektrotta buluştuğu durumlarda kritik süreçler olur. Bununla birlikte, buluşma noktasında ne olduğunun belirlenmesi zor olmuştur, çünkü aktif moleküllere ek olarak, arayüzler çoğu zaman çok sayıda aktif olmayan bileşen içerir. Dr. Julia Laskin liderliğinde Pacific Northwest Ulusal Laboratuarı’ndaki (PNNL) bilim adamları yumuşak iniş aktif molekülleri küçük bir katı hal elektrokimyasal hücrenin üzerine koyarak teknolojik açıdan önemli arabirimleri dikkatle tasarlamak için bir yol buldu. Elektroliti katı bir zar içine paketleyerek, aktif iyonları üstüne çöktürdüler ve hücreleri geleneksel elektrokimyasal teknikler kullanarak karakterize ettiler. Yaptıkları bu cihaz, kontrollü gaz halindeki ortamlarda önemli reaksiyonları gerçek zamanlı olarak incelemelerine olanak tanımaktadır.
Araştırmanın ilk yazarı Dr. Venkateshkumar Prabhakaran, “Performansı artırmak için, pillerin veya yakıt hücrelerinin içinde neler olduğunu araştırmaya ihtiyacımız var – reaksiyon gerçekleşirken gerçek zamanlı olarak arayüzlerdeki süreçleri anlamaya” dedi.
Cihaz, çalışma sırasında elektrot yüzeyinde temel parçalanma reaksiyonlarını, malzeme oluşumunu ve diğer işlemleri anlamak için bir yol sağlar. Bu dinamik bilgileri toplayabilmek, daha iyi piller, yakıt hücreleri ve diğer enerji cihazları oluşturmak için hayati önem taşır. Ayrıca, elektrokataliz yoluyla endüstriyel işlemlerin verimliliğini arttırmada önemlidir. Lanskin “Arayüzlerle ilgili en son teknolojiye sahip temel araştırmalar yapıyoruz” dedi.
PNNL’de, bilim adamları elektrot-elektrolit arayüzünü gerçek zamanlı olarak çalışmak için bir elektrokimyasal cihaz tasarladılar. Cihaz, sıvı elektrolit benzeri taşıma özelliklerine sahip vakum veya iyi kontrol edilen diğer ortamlarda katı bir iyonik-sıvı zar kullanmaktadır.
Katı zar, ekibin elektrolit arayüzünü iyon yumuşak iniş teknikleri kullanarak değiştirmesine izin verir. Yumuşak inişle, arayüze iyi karakterize edilmiş aktif molekülleri yerleştirirler. Bu moleküller, çok sayıda elektron tutabilen katalitik metal kümeleri ve redoks-aktif “moleküler pil” türlerini içerir – pil kapasitesini yükseltmek için potansiyel adaylar.
Heyecan verici yeni bir bükülme ile, bilim adamları hücreye moleküler parçalar da ekleyebilirler. Gaz fazında ‘parçalayıcı’ öncü molekülleri yardımıyla parçacık iyonu oluşturuyorlar. Bu gaz faz parçacıkları daha sonra seçilebilir ve membrana eklenebilir. Sonuç, genelde çözümde yapamadığınız iyi tanımlanmış bir filmdir. “Bu, bize normal koşullar altında stabil olmayan özelliklerin geniş bir yelpazesine erişebilmemizi sağlar ve bireysel yapı taşlarının ana moleküllerin genel aktivitesine katkısını anlamamızı sağlar” diye belirtti PNNL kimyageri ve takım üyesi Dr. Grant Johnson.
Yumuşak inişli kümeler çok ince bir zardan dağıldığında ve yeni tasarlanan cihazın elektrot yüzeyine ulaştığında, ekip birçok elektrokimyasal ve spektroskopik teknikler kullanarak inceleyebilecek detaylı ve kesin olarak tanımlanmış bir aktif türe sahip olurlar. Örneğin, bir kere arayüzde, ekip, aktif moleküllerin nasıl elektron taşınımını değiştirdiğini, kapasiteyi artırdığını veya tükenmesini inceleyebilir.
Araştırmacılar, bu cihazı yaygın kirleticiyi daha değerli kimyasal maddelere yükseltmek üzere yumuşak-inişli soy metal kümelerinin karbondioksiti nasıl değiştirdiklerini incelemek için cihazı kullanıyorlar.
Kaynak: sciencedaily.com
