Kalsiyum İyon Pili Teknolojisi
Lityum iyon pillerinin maliyetinin yüksek olması, az bulunması ve çevreci olmaması uzun süreli kullanımında endişe uyandırıcıdır. Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nden bir araştırma ekibi bu endişelere karşılık, daha uygun, kolay bulunabilen ve çevre dostu olan alternatif bir enerji arayışına girdi.
Çalışmanın baş sorumlusu Nikhil Koratkar, Rensselaer’den John A. Clark ile Edward T. Crossan ve onların mühendislik ekibinin Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı’nda (PNAS) yayınladığı araştırmaya göre kalsiyum iyonlarının doğada çok bulunması ve düşük maliyeti lityum iyon pillerine iyi bir alternatif olmasını sağlar.
Dr. Koratkar, “Şarj edilebilen pillerin çoğunluğunun temeli, lityum iyon teknolojisine dayanır. Ancak bu teknoloji maliyetlidir. Ayrıca lityum kaynakları sınırlıdır, bundan dolayı son zamanlarda maliyeti daha da artmaktadır. Sıvı ya da sulu elektrolitlerde kalsiyum iyonlarını kullanarak maliyeti uygun, kolay bulunabilen, çevre dostu ve sürdürülebilir bir pil kimyası üzerine çalışıyoruz” dedi.
Kalsiyumun lityuma göre boyutu daha büyüktür ve yoğunluğu daha yüksektir. Bu da difüzyon kinetiğini ve periyodik stabilitesini bozarken, Dr. Koratkar ve ekibi büyük açık alanlar (heptagonal ve altıgen kanallar) içeren oksit yapılarını prospektif bir çözüm olarak sunmaktadır. Çalışmalarında kalsiyum iyonlarının kaynağı olarak molibden vanadyum oksiti (MoVO) kullanmışlardır, MoVO’in ortorombik ve trigonal polimorfları kullanılarak su da bir kalsiyum iyon pili göstermişlerdir.
Dr. Koratkar, “Kalsiyum iyonunun değerlik elektron sayısı ikidir ve bir iyonunu yerleştirme esnasında iyon başına iki elektron verecektir. Bu özelliği, daha hafif ve kalsiyum iyonlarının hacmine sahip yüksek verimli bir batarya olmasını sağlar. Bununla birlikte lityuma göre daha yüksek boyutu ve iyonik yükünün olması; kalsiyum iyonlarının pillerin elektrotlarına yerleşmesini zorlaştırır. Bu sorunu, MoVO’inin altıgen ve heptagonal şekillli kanallarının veya malzemelerinin içinden geçen tünelleri içeren özel bir malzeme sınıfı geliştirerek çözebiliyoruz” dedi.
Ekip, kalsiyum iyonlarının tünellerden hızlıca girip çıktığını, bu tünellerin geri dönüşümlü olduğunu ve hızlı iyon taşınması için kanal görevi gördüğünü gösterdi. Bulgular, MoVO’nin kalsiyum iyonlarını depolamada bugüne kadar bildirilen en iyi performanslardan birini sağladığını göstermektedir.
Dr. Koratkar, “Kalsiyum iyon piller, çok uzak olmayan bir günde lityum iyon teknolojisinin yerini alabilir. Bu çalışma, Dünya’da bol miktarda bulunan, maliyeti uygun, çevre dostu ve sürdürülebilir yeni ve performansı yüksek kalsiyumlu iyon pilleri teknolojisine ışık tutabilir. Bu tür piller, taşınabilir ve elektroniği, elektrikli araçların yanı sıra, şebeke ve yenilenebilir enerji depolamada yaygın olarak kullanılabilir pillerdir” dedi.
Kaynak : sciencedaily.com
