Daha Küçük, Daha Hızlı, Daha İyi: Nano Ölçekli Piller Geleceğin Teknolojisine Güç Verebilir
Fotoğraf: Soldan sağa: Raoul Ouedraogo, Kate Byrd, Annie Weathers ve Eric Phelps, nano ölçekli pil teknolojisini geliştiren Lincoln Laboratuvarı ekibini oluşturuyor.
Yeni piller, özünde su ayırma teknolojisini kullanan ilk pillerdir.
Modern cep telefonlarının içinde, telefonun çalışmasına izin veren açılıp kapanan milyarlarca nano ölçekli anahtarlar bulunur. Transistörler olarak adlandırılan bu anahtarlar, tek bir pil ile iletilen bir elektrik sinyali tarafından kontrol edilir. Bir pilin birden fazla bileşene güç sağlamak için bu yapılandırılması günümüz teknolojileri için iyi sonuç verir, ancak iyileştirme için yer var. Aküden bir bileşene bir sinyal iletildiğinde, bu yolculukta bir miktar güç kaybolur. Her bileşenin kendi aküsü ile bağlanması, enerji kaybını en aza indiren ve akü ömrünü uzatan çok daha iyi bir kurulum olacaktır. Bununla birlikte, mevcut teknoloji dünyasında, bataryalar bu düzenlemeye izin verecek kadar küçük değil – en azından henüz değil.
Şimdi, MIT Lincoln Laboratuvarı ve MIT Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, su bölme teknolojisini kullanan nano ölçekli hidrojen pillerin geliştirilmesini ilerletti. Bu pillerle araştırmacılar daha hızlı bir şarj, daha uzun ömür ve daha az enerji harcamayı hedefliyorlar. Ek olarak, pillerin oda sıcaklığında imal edilmesi ve fiziksel olarak benzersiz yapısal ihtiyaçlara adapte edilmesi kolaydır.
Lincoln Laboratuvarı’nın Gelişmiş Sensörler ve Teknikleri Grubu’ndan olan ve projenin baş araştırmacısı Raoul Ouedraogo “Piller Laboratuar’da karşılaştığımız en büyük sorunlardan biri” diyor. “İnsan saçının büyüklüğüne kadar inen minyatürize edilmiş sensörlere büyük ilgi var. Bu tür sensörleri yapabiliriz, ancak bu kadar küçük bir batarya bulmakta iyi şanslar. Mevcut bataryalar, bozuk para hücreleri gibi yuvarlak, bir tüp gibi şekillendirilmiş veya ince ancak santimetre ölçekte olabilirler. Kendi pillerimizi herhangi bir şekle veya geometriye ve ucuz bir şekilde koyma kabiliyetimiz varsa, bu çok sayıda uygulamaya kapılar açar. ”
Pil, çevresindeki havada bulunan su molekülleri ile etkileşime girerek şarjını kazanır. Bir su molekülü, bataryanın reaktif, dış metal kısmıyla temas ettiğinde, bir parça oksijen ve iki hidrojen olan kurucu parçalarına bölünür. Hidrojen molekülleri pilin içinde sıkışıp kalır ve kullanıma hazır olana kadar depolanabilir. Bu durumda, pil “şarj edilir”. Yükü serbest bırakmak için reaksiyon tersine döner. Hidrojen molekülleri, bataryanın reaktif metal bölümüne doğru geri hareket eder ve çevresindeki havadaki oksijen ile birleşir.
Şimdiye kadar, araştırmacılar 50 nanometre kalınlığında, insan saçı iplikçikinden daha ince piller ürettiler. Ayrıca, bataryaların alanının santimetre büyüklüğünden nanometre boyutlarına kadar küçültülebileceğini de göstermiştir. Bu ölçeklendirme yeteneği, pillerin nano ve mikro seviyedeki transistörlerin yanına veya milimetre ve santimetre seviyesindeki bileşenlerin ve sensörlerin yakınlarına kolayca entegre edilmesini sağlar.
“Bu teknolojinin kullanışlı bir özelliği, oksit ve metal katmanların nanometre ölçeğinde özel geometrilere çok kolay bir şekilde desenlenebilmesi, belirli bir uygulama için karmaşık pil desenleri oluşturmayı veya bunları esnek yüzeylerde biriktirmeyi basitleştirmesidir” diyor Annie Weathers, MIT Profesörü Geoff Beach ve yüksek lisans öğrencileri Aik Jun Tan ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nden Sara Sheffels ile birlikte projeye katılan Kimya, Mikrosistem ve Nanoscale Teknolojileri Grubu’nun laboratuvarının bir üyesi.
Piller, şu anda kullanılan pillerin çoğundan iki kat daha büyük bir güç yoğunluğu da göstermiştir. Daha yüksek bir güç yoğunluğu, pilin hacmi başına daha fazla güç çıkışı anlamına gelir.
Ouedraogo, “Bu projenin işe yaramasını sağladığını düşündüğüm şey, hiçbirimizin pilli olmadığı gerçeğidir” diyor. “Bazen yeni şeyleri görmek için dışarıdan biri gerekir.”
Halen, büyük ölçekli endüstriyel ihtiyaçlar için hidrojen üretmek için su ayırma teknikleri kullanılmaktadır. Bu proje,bu batarya oluşturma tekniğini ilk uygulayacak ve daha küçük ölçeklerde olacak.
Proje, Lincoln Laboratory’s Teknoloji Ofisi Enerji Girişimi aracılığıyla finanse edildi ve pilleri daha da optimize etmeyi ve sensörlerle entegre etmeyi içeren geliştirmenin ikinci aşamasına girdi.
Kaynak: mit.edu
