Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı; diğer yapısal pillerden farklı olarak aynı anda bir elektrot, iletken ve yük taşıyıcı malzeme olarak görev yapan karbon fiberler kullanarak 10 kat fazla performans gösteren piller ürettiler. Bu araştırmalar, araçlarda ve diğer teknolojilerde “kütlesiz” enerji depolamanın yolunu açıyor. Günümüzün elektrikli arabalarındaki piller, herhangi bir yük taşıma işlevini yerine getirmeden araçların ağırlığının büyük bir bölümünü oluşturmaktadır.
Öte yandan yapısal bir batarya, hem bir güç kaynağı olarak hem de yapının bir parçası olarak (örneğin, bir araba gövdesinde) çalışan bir bataryadır. Bu, “kütlesiz” enerji depolama olarak adlandırılır. Çünkü özünde, yük taşıyıcı yapının bir parçası haline geldiğinde pilin ağırlığı kaybolur. Hesaplamalar, bu tür çok işlevli pilin elektrikli bir aracın ağırlığını büyük ölçüde azaltabileceğini gösteriyor.
Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki yapısal pillerin geliştirilmesi, belirli karbon fiber türlerini içeren önceki keşifleri de dahil edersek yıllardır süren araştırmalarla bu noktaya gelmiştir. Sert ve güçlü olmalarının yanı sıra; elektrik enerjisini kimyasal olarak depolama konusunda da iyi bir yeteneğe sahiptirler. Bu çalışma, Fizik Dünyası tarafından 2018’in en büyük on bilimsel buluşundan biri olarak seçildi.
Yapısal bir pil yapmak için ilk girişimler 2007’de başladı.
Ancak şimdiye kadar hem iyi elektriksel hem de mekanik özelliklere sahip piller üretmenin zor olduğu düşünüldü. Gelin görün ki bilim sadece inatçıların ve çalışkan insanların yüzüne güler. İnatçı ve çalışkan olan, Chalmers’dan araştırmacılar ile Stockholm’deki KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü ile işbirliği içinde bu işi yapabileceklerine inandılar ve elektrik enerjisi depolama, sertlik ve dayanıklılık açısından şimdiye kadar görülmüş tüm pillerin çok üzerinde özelliklere sahip yapısal bir pil yaptılar. Çok işlevli performansı ile önceki yapısal pil prototiplerinden on kat daha iyi sonuç veriyor.
Pilin enerji yoğunluğu 24 Wh / kg, yani şu anda mevcut olan benzer lityum iyon pillere kıyasla yaklaşık yüzde 20 kapasiteye sahip anlamına geliyor. Bu da araçların ağırlığını büyük ölçüde azaltabilir, örnek verecek olursak elektrikli bir arabayı sürmek için daha az enerji gerekecek ve daha düşük enerji yoğunluğu da sizin güvenliğinizin artması ile sonuçlanacaktır. Ve 25 GPa sertliğiyle yapısal bu batarya, inşaatlarda yaygın olarak kullanılan diğer birçok malzeme ile gerçekten rekabet edebilir.
Leif Asp, –Chalmers’da Profesör ve projenin lideri-, “Yapısal piller yapmaya yönelik önceki girişimler, ya iyi mekanik özelliklere ya da iyi elektrik özelliklerine sahip hücreler ile sonuçlandı. Ancak burada, karbon fiber kullanarak, hem yüksek enerji depolama kapasitesine hem de sağlamlığa sahip yapısal bir pil tasarlamayı başardık,” diye açıklıyor.
Süper hafif elektrikli bisikletler ve evimizde kullandığımız aletlerin dönüşümü yakındır.
Bu yeni pilin karbon fiberden yapılmış bir negatif elektrodu ve lityum demir fosfat kaplı alüminyum folyodan yapılmış pozitif bir elektrodu var. Bir elektrolit de matris içinde bir fiberglas kumaşla ayrılıyor. Araştırmacılar, önceki tüm pillerden on kat daha iyi yapısal bir pil yaratmadaki başarılarına rağmen, rekor denemek veya kırmak için malzeme seçmediler bunun yerine malzeme mimarisi ve ayırıcı kalınlığının etkilerini araştırmak ve anlamak istediler.
Şu aralar, İsveç Ulusal Uzay Ajansı tarafından finanse edilen, yapısal bataryanın performansının daha da artırılacağı yeni bir proje devam ediyor. Alüminyum folyo, pozitif elektrotta yük taşıyıcı malzeme olarak karbon fiber ile değiştirerek hem daha fazla sertlik hem de enerji yoğunluğu sağlamayı amaçlıyor. Fiberglas ayırıcı; çok daha büyük etki ve hızlı şarj döngüleri sağlayacak olan ultra ince bir varyantla değiştirilecektir. Yeni projenin iki yıl içinde tamamlanması bekleniyor.
Bu projenin de liderliğini yapan Leif Asp, böyle bir bataryanın 75 Wh / kg enerji yoğunluğuna ve 75 GPa sertliğe ulaşabileceğini tahmin ediyor. Bu, bataryayı alüminyum kadar güçlü, ancak nispeten çok daha hafif olacağı düşünülüyor. Leif Asp, “Yeni nesil yapısal bataryanın harika bir potansiyeli var. Tüketici teknolojisine bakarsanız, birkaç yıl içinde bugünün yarısı ağırlığında ve çok daha kompakt olan akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar veya elektrikli bisikletler üretmek oldukça mümkün olabilir.” diyor. Ve uzun vadede, elektrikli arabaların, elektrikli uçakların ve uyduların yapısal pillerle tasarlanıp çalıştırılacağı kesinlikle düşünülebilir. Bu yüzden akla gayet yatkın geliyor.
Leif Asp,“Burada gerçekten sadece hayal gücümüzle sınırlıyız. Alandaki bilimsel makalelerimizin yayınlanmasıyla bağlantılı olarak birçok farklı şirketten çok ilgi gördük. Bu hafif malzemelere ve çok işlevli ürünlere anlaşılır bir şekilde büyük miktarda ilgi var. “ diyor.
Meriç ÇAPAR
Bunlar da ilginizi çekebilir
2021’de Enerjiye Yön Verecek En İyi Teknolojiler
28.000 Yıl Dayanabilen Nükleer Atıklardan Yapılmış Pil Tanıtıldı.
Yorumlar 1