Metalik Cam: Hidrojen Enerjisi Sorununu Çözmeye Bir Adım Daha Yakın
Fotoğraf: Fe-Ni-Mo-B Metalik Cam, grafiksel özet.
Far Eastern Federal Üniversitesi’nden (FEFU) olan bilim insanlarından oluşan bir ekip, Avusturya, Türkiye, Slovakya, Rusya (MISIS, MSU) ve İngiltere’den meslektaşları ile ince metalik cam katmanlarını oda sıcaklığında hidrojenlemenin bir yolunu buldu. Bu teknoloji sayesinde hidrojen enerjisi alanında kullanılabilecek ucuz, enerji verimli ve yüksek performanslı malzemeler ve metodların yelpazesi önemli ölçüde genişletildi. Çalışmayla ilgili bir makale Journal of Power Sources‘da yayınlandı.
Ekip, küçük boyutlu sistemlerde lityum-iyon pillerin yerine özellikle hidrojeni biriktirmek ve depolamak için hidrojen enerjisi alanında kullanılabilen FeNi bazlı bir metalik cam olan amorf bir nanoyapı geliştirdi.
Metalik cam, günümüzde hidrojen sistemlerinde kullanılan pahalı bir element olan paladyumun yerini alma potansiyeline sahip. Ekonomik anlamda uygulanabilir enerji depolama sistemlerinin eksikliği, hidrojen enerjisinin endüstriyel seviyeye çıkmasının önüne geçen ana engeldir. Yeni gelişme ile ekip bu sorunu çözmeye artık bir adım daha yaklaştı.
FEFU Doğa Bilimleri Fakültesi, Bilgisayar Sistemleri Bölümü’nden Yardımcı Doçent Yurii Ivanov, “Temiz bir yenilenebilir enerji kaynağı olan hidrojen evrendeki en yaygın kimyasal elementtir ve günümüzde kullanılan tüm yakıt türlerinin yerini alma potansiyeline sahiptir. Ancak, depolanması büyük bir teknolojik sorun oluşturmakta. Hidrojeni depolamak ve katalize etmek için kullanılan temel malzemelerden biri de paladyumdur. Bunun yanı sıra, çok pahalı bir malzemedir ve ekstrem koşullar altında oksitleyici ya da indirgeyici ortamlarda düşük bir afiniteye sahiptir. Bu faktörler hidrojen enerjisinin endüstriyel düzeyde kullanılmasını engelliyorlar. Bu problem metalik camlar sayesinde çözülebilir. Bunlar amorf metallerdir ve uzun menzilli atom düzeninden yoksundurlar. Metalik camlar, kristalin paladyum ile karşılaştırıldığında, çok daha ucuz ve agresif ortamlara daha dayanıklıdırlar. Üstelik, atomik serbest hacim, yani atomlar arası boşluk nedeniyle, bu tür camlar hidrojeni kristal yapıya sahip diğer tüm malzemelerden daha etkili bir şekilde ‘emebilirler’.” diyor.
Araştırmacıya göre, metalik cam, granül sınırları gibi polikristalin metaller için tipik olan bazı kusurların bulunmaması, oksidasyon ve korozyona karşı yüksek direnci ve amorf yapısı sayesinde enerji endüstrisinde muazzam bir potansiyele sahip.
Bu çalışmayı benzersiz kılan unsur, elektrokimyasal yöntemlerin hem metalik camları hidrojenlemek hem de hidrojeni absorbe etme becerilerini incelemek için kullanılmasıdır. Gaz adsorpsiyonu gibi standart hidrojenasyon yöntemleri, metalik camların özelliklerini olumsuz yönde etkileyen ve çalışmada kullanılabilecek malzeme aralığını daraltan yüksek sıcaklık ve basınçlar gerektirir. Gaz adsorpsiyonundan farklı olarak elektrokimyasal hidrojenasyon, hidrojenin FeNi metalik camdan yapılmış bir elektrot yüzeyiyle, tıpkı paladyumda olduğu gibi oda sıcaklığında reaksiyona girmesine neden olur.
Yeni metot, düşük kapasiteli ve düşük hidrojen absorpsiyon ya da salınım hızına sahip alaşımlar için yaygın gaz-katı reaksiyonuna bir alternatif olarak çalışabilir.
Ekip aynı zamanda hidrojen absorpsiyonunun ve metalik camlar tarafından salınımının verimliliğini analiz etmek için kullanılabilecek yeni bir ‘etkili hacim’ konsepti öne sürdü. Bunu yapabilmek içinse, cam-hidrojen reaksiyon alanının yoğunluğu ve bileşimi, yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi kullanılarak ölçülür.
Ekip gelecekte elverişli enerji uygulamaları için yeni metalik cam kompozisyonları geliştirmeyi ve bunları optimize etmeyi planlıyor.
Daha evvel, FEFU, Cambridge (Birleşik Krallık) ve Chinese Academy of Sciences’tan malzeme bilimcilerinden oluşan bir ekip, elverişli kullanım için en umut verici olan üç boyutlu metalik camların ‘iyileştirilmesi’ için bir yöntem geliştirmişti. Camlar, daha şekillendirilebilir ve kritik üstü dirençlere karşı daha dayanıklı hale getirildi. Geliştirilmiş metalik camlar, plastik elektronikten çeşitli sensörlere ve transformatör göbeklerine, tıbbi implantlara ve uydulardaki koruyucu kaplamalara kadar birçok alanda kullanılabilirler.
Kaynak: scitechdaily.com
