Biyobozunur Piller
Fotoğraf : Kapasitör örneği
Paketleme ve nakliye lojistiği gibi sektörlerde kullanılan veri ileten mikro cihazların sayısı önümüzdeki yıllarda keskin bir şekilde artacaktır. Tüm bu cihazların enerjiye ihtiyacı vardır fakat kullanımı artacak olan pil miktarının da çevre üzerinde büyük bir etkisi olacaktır.
ETH’nin bir parçası olan EMPA’da ki araştırmacılar,karbon, selüloz, gliserin ve sofra tuzundan oluşan biyolojik olarak parçalanabilen ve güvenilir şekilde çalışan mini bir kapasitör inşa etti .
Empa laboratuvar binasında bir odada bulunan değiştirilmiş, ticari olarak temin edilebilen 3D yazcı, pil devrimi için göze çarpmayan bir üretim cihazıdır.Ancak asıl yenilik, bu yazıcının bir yüzeye dağıtabileceği jelatinimsi mürekkeplerin reçetesinde yatmaktadır. Söz konusu karışım, selüloz nanofiberler ve selüloz nanokristalitlerin yanı sıra karbon siyahı, grafit ve aktif karbon formundaki karbondan oluşur. Bütün bunları sıvılaştırmak için araştırmacılar gliserin, su ve iki farklı alkol türü kullandı. Ayrıca iyonik iletkenlik için de bir tutam sofra tuzu kullandılar.
Bu bileşenlerden işleyen bir süper kapasitör oluşturmak için, hepsi 3D yazıcıdan birbiri ardına akan dört katmana ihtiyaç vardır. Bunlar,esnek bir substrat, iletken bir tabaka, elektrot ve son olarakta elektrolittir. Her şey daha sonra merkezde elektrolit ile bir sandviç gibi katlanır.
Ortaya çıkan şey ekolojik bir mucizedir. Laboratuvardan gelen mini kapasitör saatlerce elektrik depolayabilir ve küçük bir dijital saate güç sağlayabilir. Donma sıcaklıklarında bile binlerce şarj ve deşarj döngüsüne, yıllarca depolamaya dayanabilir. Ayrıca basınca ve şoka karşı da dayanıklıdır.
Biyobozunur Güç Kaynağı
En güzelide artık pile ihtiyacınız olmadığında, kompostun içine atabilir veya sadece doğada bırakabilirsiniz. İki ay sonra, kapasitör parçalanıp, sadece birkaç görünür karbon parçacığı bırakacaktır. Araştırmacılar da bu süreci deneyip kanıtladı.
Empa’nın Selüloz ve Ahşap Malzemeler laboratuvarından Xavier Aeby, “Kulağa çok basit geliyor ama hiç de değildi” dedi. Tüm parametreler yazıcıdan güvenilir bir şekilde akana ve kapasitör çalışana kadar tüm parametreler doğru olana kadar uzun bir dizi test yapıldı. Aeby şöyle diyor: “Araştırmacılar olarak sadece kafa yormak istemiyoruz, aynı zamanda materyallerimizin içinde neler olduğunu da anlamak istiyoruz.”
Fotoğraf 1 : Toprağa gömülü kapasitör, iki ay sonra parçalandı ve sadece birkaç görünür karbon parçacığı kaldı. (Kaynak: Gian Vaitl / Empa.)
EPFL’de mikrosistem mühendisliği okuyan ve doktorası için Empa’ya gelen Aeby, yöneticisi Gustav Nyström ile birlikte biyolojik olarak parçalanabilen bir elektrik depolama cihazı konseptini geliştirdi ve uyguladı.
Nyström ve ekibi bir süredir nanoselüloz bazlı fonksiyonel jelleri araştırıyordu. Malzeme yalnızca çevre dostu, yenilenebilir bir hammadde olmakla kalmayıp aynı zamanda iç kimyası da onu son derece çok yönlü kılmaktadır.
Nyström, “Biyobozunur bir elektrik depolama sistemi projesi uzun zamandır aklımdaydı. ‘Basılı Kağıt Piller’ projemiz ile Empa iç fonuna başvurduk ve bu fonla faaliyetlerimize başlayabildik. Şimdi ilk hedefimize ulaştık” dedi.
Nesnelerin İnternetinde Uygulama
Nyström ve Aeby, süper kapasitörlerin yakında nesnelerin interneti için önemli bir bileşen haline gelebileceğini düşünüyor. “Gelecekte, bu tür kapasitörler elektromanyetik alan kullanılarak kısa süreliğine şarj edilebilir, ardından bir sensöre veya bir mikro ileticiye saatlerce güç sağlayabilirler.” Örneğin nakliye sırasında tek tek paketlerin içeriğini kontrol etmek için kullanılabilir. Çevresel izleme veya tarımda sensörlere güç vermek de düşünülebilir .Doğada bozulmaya bırakılabileceğinden bu pilleri tekrar toplamaya da gerek yoktur.
Şu anda yaygınlaşan hastanın yanında laboratuvar teşhisinin koyulabileceği “bakım noktası testinin” çok daha yaygın kullanımı nedeniyle elektronik mikro cihazların sayısı da artacaktır.Yatak başında kullanıma yönelik küçük test cihazları veya şeker hastaları için kendi kendini test eden cihazlar bunlardan bazılarıdır. Gustav Nyström, “Tek kullanımlık bir selüloz kapasitör de bu uygulamalar için çok uygun olabilir” dedi.
Kaynak: advancedsciencenews.com
