Makaradan Üretilen Yüksek Performanslı Tekstil Piller
Fotoğraf-1: Araştırmacılar, grafit ve lityum kobalt oksit kaplı telleri bir araya getirip bükerek seri olarak üretilebilen lityum iyon fiber pil makaraları yapmayı başardılar.
Dayanıklı kaplama yöntemi ile bir cep telefonunu şarj edebilen lityum fiber piller.
Araştırmacılar standart endüstriyel ekipmanları kullanarak metrelerce seri olarak üretilebilen fiber lityum piller üretmeyi başardı. Yüksek performanslı fiber piller, önceki pillere göre ağırlıkça 80 kat daha fazla enerji sağlayabiliyor. Pillerle dokunan kumaşlar, yıkandıktan, katlanıp büküldükten hatta delindikten sonra bile 20–60 °C sıcaklık aralığının üzerinde güvenli bir şekilde şarj edilebilebiliyor.
Kumaşa entegre edilebilen esnek ve fiber piller, fitness bantları, akıllı saatler ve telefonlar gibi cihazları şarj etmek için kullanışlı bir yol sunuyor. Araştırmacılar, farklı pil malzemelerini birbirine bükerek ya da sararak veya polimer elyaflar ve metal teller üzerine katmanlar halinde kaplayarak fiber piller ürettiler.
Fotoğraf-2: Bir gömleğe entegre edilmiş bir tekstil pil, bir cep telefonunu 40 dakikada şarj edebiliyor.
Önceki fiber piller yalnızca birkaç santimetre uzunluğundaydı, büyük kumaşlar halinde dokumak imkansızdı ve düşük enerji yoğunlukları vardı. Fudan Üniversitesi’nde kimyager ve kimya mühendisi olan Peining Chen, “Pratik uygulamalar için geniş alanlı kumaşlara dokunabilen yüksek performanslı fiber pil makaralarına ihtiyacımız var” diyor.
İyi performans gösteren fiber piller yapmak, pil malzemelerinin kaplamalarının kalitesine bağlıdır. Chen, bu kaplamaların kalitesini yüzlerce metrelik kıvrımlı tellerin üzerine yerleştirirken korumanın zor olduğunu söylüyor. Araştırmacılar, fiber pilin uzadıkça direncinin artmaya devam edeceğini ve performansı düşüreceğini varsayıyor.
Chen, kimya mühendisi Huisheng Peng ve Fudan’daki meslektaşları, sağlam, tek tip kaplamalar yapmanın bir yolunu buldular ve elyaf uzunluğu arttıkça direncin önce arttığını, ama daha sonra dengelendiğini gördüler.
Ekip, pozitif elektrotu yapmak için metal telleri lityum kobalt oksit(LCO) ile, negatif elektrotu yapmak için ise metal telleri grafit ile kapladı. Teller kaplama malzemelerinin karışımına daldırılıp sabit hızla çekildi. Peng, sağlam kaplamalar yapmanın çözümünün, malzeme ile tel yüzeyi arasındaki yapışmayı iyileştiren LCO ve grafit karışımlarına eklenen özel polimer bağlayıcılar olduğunu söylüyor. Pozitif elektrot olarak kullanılan LCO malzemesi için poliviniliden florür bağlayıcılar,negatif elektrotun malzemesi grafit içinse bir sodyum karboksimetil selüloz ve bütadien stiren kauçuk emülsiyonu kullandılar.
Kısa devreyi önlemek için negatif elektrotu ayırıcı filmle sardıktan sonra iki kabloyu birbirine bükerek polipropilen bir tüp içine hapsettiler. Son olarak, tüpe bir jel elektrolit enjekte ettiler.
Enerji yoğunluğu 85,69 W h/kg olan 100 m uzunluğa ulaşan piller yaptılar. Bu fiber piller, büyük enerji depolayan kumaşlar yapmak için dokunabilir.
Bir gösteride, kablosuz bir güç ileten bobinle birlikte pamuklu bir gömleğe bir fiber pil kumaş yamasını entegre ettiler ve bir cep telefonunu 40 dakikada şarj edebildiğini kanıtladılar. Ayrıca pil kumaşının ter sensörlerine ve bir cekete entegre edilmiş bir okuma ekranına güç sağlayabileceğini gösterdiler. Sensör, kullanıcının terindeki sodyum ve kalsiyum iyonlarının konsantrasyonlarını tespit etti ve verileri kumaştaki ekrana gönderdi.
Yunnan Üniversitesi’nden Wen Lu, bu fiber pillerin dikkate değer ölçüde yüksek enerji yoğunluğunun ve büyük ölçekli üretiminin, onları insanların kullanımına için çok rekabetçi hale getirdiğini söylüyor. Lu, büyük bir engelin de ağır ve doğası gereği sert ve kırılgan olan metal tellerin kullanılması olabileceğini söylüyor. Ancak burada bildirilen fiber pil üretim yöntemi, diğer malzemelere ve pil kimyasına genişletilip uygulanabilir.
Kaynak: acs.org
