Yenilenebilir Enerji Depolama Yolundaki Engelin Aşılması
Görsel: Değiştirilebilir ıslanabilirliğin illüstrasyonu. /S. Yoon, TH Shen, V. Tileli
Yenilenebilir enerji bir gün fosil yakıtların yerini alacak ise, mühendislerin onu güvenilir ve büyük ölçekte depolamanın bir yolunu bulmaları gerekir. Günümüzce çok sayıda araştırmacının üzerinde çalıştığı bir yöntem, enerjiyi elektrolitik hücreler içinde gaz halinde depolamayı içerir.
Elektrolitik hücreler, su moleküllerini hidrojen ve oksijene ayıran bir elektroliz reaksiyonunu tetiklemek için elektrik kullanarak çalışırlar. Elektrik daha sonra reaksiyonu tersine çevirerek, hidrojen ile oksijeni yeniden birleştirerek suya geri kazanılabilir.
Katalizörlerin Nasıl Çalıştığını Anlamak
Katalizörler, işlem sırasında tüketilmeden elektrokatalitik reaksiyonları hızlandırmak için kullanılır. Su elektrolizi için kullanılan katalizörlerden, kesin nedeni bilinmemekle birlikte, bazıları diğerlerinden daha iyi çalışma eğiliminde olan metal oksitlerdir. Yardımcı doçent ve École polytechnique fédérale de Lausanne’deki ilgili laboratuvardan Vasiliki Tileli, “Su elektrolizi sırasında bazı oksitlerin özellikle etkili, sağlam ve kararlı olduğunu görebildik” diyor. “Fakat bu oksitlerin neden daha iyi çalıştığını gerçekten açıklayamıyoruz, çünkü reaksiyon sırasında katalizöre tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz.”
Yeni Nesil Katalizör
Buna cevap bulmak için laboratuvarında doktora öğrencisi olan Tileli ve Tzu-Hsien Shen, bir elektron mikroskobu altında su elektroliz reaksiyonlarını gözlemledi ve nanoskopik ölçekli görüntüler üreterek katalizörün tüm süreç boyunca nasıl davrandığını incelediler. BSCF adı verilen perovskit tipi bir oksit katalizörü kullandılar. Tileli, “BSCF, olağanüstü su ayırma özelliklerine sahip ilgi çekici bir katalizör” diyor. “İridyum ve rutenyumdan yapılanlar gibi şu anda kullanılmakta olan katalizörlerin çoğu etkili ancak çok pahalı ve tedarikleri sınırlıdır. Alternatiflerin eninde sonunda keşfedilmesi gerekiyordu.”
Tileli ve Shen, elektroliz döngüsünün her aşamasında BSCF parçacıklarının gerçek zamanlı görüntülerini yakaladılar. Moleküler oksijenin ortaya çıktığını gördüler, yani reaksiyon gerçekleşiyordu ve işlemin tersine çevrilebilir olduğunu doğruladılar. Ayrıca BSCF’nin özellikle dirençli olduğunu gördüler.
Hidrofobikten Hidrofiliğe Geçiş Yapan Yüzeyler
Ek olarak araştırma ekibi, parçacıkların yüzey atomlarının reaksiyon sırasında yeniden dağıldığını ve yüzey özelliklerini değiştirdiğini buldu. Sonuç olarak, parçacıklar elektroliz döngüsündeki çeşitli basamaklarda çevreleriyle farklı şekilde etkileşime girer. Yüzey bazı aşamalarda hidrofobik iken (su itici); diğerleri sırasında hidrofiliktir (su çeken). Tillie, “Bu gözlemler benzersizdir” diyor. “Parçacık yüzeyinin değişebileceğinden şüphelendik, ancak bu daha önce nanoskopik ölçekte ve gerçek zamanlı olarak hiç gözlemlenmemişti.” Bir malzemenin hidrofobik ve hidrofilik durumlar arasında geçiş yapabilme yeteneği mühendisler için oldukça değerlidir ve sensörler, su arıtma sistemleri ve kendi kendini temizleyen yüzeyler gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Bilim insanlarının bulguları Nature Catalysis dergisinde yayınlandı.
Kaynak: phys.org
