Kemikten İlham Alan Katotlar, Sodyum İyon Pillerin Yapısal Bütünlüğünü İyileştiriyor
Fotoğraf : Yeni NVP katodunun tasarımında bir memeli kemiğinin yapısının nasıl taklit edildiğini gösteren şematik bir gösterim.
Sodyum-iyon piller, özellikle sodyumun yaygın olarak bulunmasının sunduğu çeşitli avantajlar sebebiyle büyük ölçekli elektrik enerjisi depolama uygulamalarında lityum-iyon pillerin yerini almaya hazır. Fakat, sodyum-iyon pil katotlarının geliştirilmesi için kullanılabilecek malzemelerin çoğu kararsız veya yüksek voltaja dayanıksız malzemelerdir ve bu durum süreci zorlaştırmaktadır.
Bu soruna bir çözüm sunmak için Austin Teksas Üniversitesi, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve Kore’deki Sungkyunkwan Üniversitesi’nden araştırmacılar, odaklarını doğaya yönelttiler. Yaptıkları çalışmalar sonucu elde ettikleri “memeli kemiğinden esinlenen sodyum katodu” Applied Physics Reviews’de yayınladıkları makalede açıkladılar.
Makalenin yazarlarından biri olan Sungkyunkwan Üniversitesi’nden Ho Seok Park, “Doğanın, teknik problemleri çözme konusunda çok umut verici çözümler sağladığına inanıyoruz” diyor. “Dolayısıyla, bu kinetik ve kararlılık kısıtlamalarını çözebilecek ideal yapıyı bulmaya çalıştık”.
Memeli kemikleri, ciddi derecede yüksek stres altında mekanik ve yapısal bütünlük sunan sert ve kompakt bir kemik materyali ile çevrilidir ve kemik iliğinin depolanmasına ve taşınmasına olanak tanıyan gözenekli, süngerimsi kemik materyali içerir. Araştırmacılar, bu yapısal tasarımı taklit ederek, NVP (Na3V2(PO4)3) olarak da bilinen sodyum bazlı bir iletken içeren ve yoğun indirgenmiş grafen oksit (rGO) kabuğu ile çevrili, gözenekli bir sistem oluşturdular. NVP, sodyum iyonlarını hızlı bir şekilde taşıyabilir ancak yapısal olarak kararsızdır.
Bu kemiğimsi tasarım, elektrokimyasal ve mekanik stresten kaynaklanan kalıcı hasarları azaltarak sistemin yapısal bütünlüğünün iyileştirilmesine yardımcı olur. Bunun yanı sıra, NVP ve rGO kombinasyonu, sodyum iyonları için daha uygun bir ortam yaratır ve bu da sistemin kararlılığını artırır. Bu katoda sahip bir sodyum pil, ultra yüksek hızlarda şarj edebilir ve şarj oranına bağlı olarak 10,000 boşaltma ve şarj etme döngüsünden sonra bile kapasitesinin %90’ını muhafaza edebilir.
Umut vadeden bu teknik ilerlemelere rağmen, araştırmacılar çalışmanın yalnızca memeli kemiğinden esinlenen sodyum katodun uygulanabilirliğini göstermek için bir kavram kanıtı olduğunun altını çiziyor. Sistemin pil teknolojilerinde uygulama bulması için üzerinde çalışılması ve geliştirilmesi gerekiyor.
Park, “Daha pratik uygulamalar için kemikten esinlenilmiş NVP’nin büyük ölçekte yüksek kaliteli üretimi, bileşimi ve yapısının optimizasyonu, fabrikasyonu ve geniş alana ve yüksek yüklemeye sahip elektrotların imalatı ve testinin gerekli olduğu düşünülmektedir” diyor.
Kaynak: materialstoday.com
