Bilim

Yeni Teknoloji Pil Dünyasını Kobalttan Ayırabilir

Lityum bazlı piller, dünyada üretilen tüm kobaltların yüzde 50’sinden fazlasını kullanır. Bu piller hayatınızın her alanında kullanılıyor; cep telefonunuzda, dizüstü bilgisayarınızda ve hatta arabanızda bile.

Dünyadaki kobaltın yaklaşık yüzde 50’si  büyük ölçüde çocuk işçilerin el işçiliği ile Kongo‘dan geliyor. Fakat şimdi, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’deki bilim adamları tarafından yürütülen bir araştırma ekibi, lityum bazlı pillerdeki diğer metalleri kullanabilme seçeneğini gerçekleştirdi. Geleneksel malzemelere göre yüzde 50 daha fazla lityum depolama kapasitesine sahip katotlar inşa etti.

Berkeley’deki Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan kıdemli yazar Gerbrand Ceder, “Batarya teknolojisi için yeni bir kimyasal alan açtık. İlk defa akülerde çok fazla elektron değişimi yapabilen gerçekten ucuz bir elemente sahibiz.” dedi.

Nature Dergisi’nde 12 Nisanda yayınlanacak olan çalışma, UC Berkeley, Berkeley Lab, Argonne Ulusal Laboratuvarı, MIT ve UC Santa Cruz‘daki bilim adamları arasında bir işbirliğinin sonucu.

Günümüz lityum bazlı pillerinde, lityum iyonları, katmanlı yapılar olan katotlarda (negatif yüklü elektrot) depolanır. Kobalt bu katmanlı yapıyı korumak için çok önemlidir. Bir batarya şarj edildiğinde, lityum iyonları katottan akü hücresinin diğer tarafına, anodun içine çekilir. Katotta lityumun olmaması çok fazla yer bırakır. Metal iyonlarının çoğu bu alana akacak ve bu da katodun yapısını kaybetmesine neden olacaktır. Ancak kobalt, hareket etmeyecek birkaç unsurdan biridir ve bu da pil endüstrisini kritik kılar.

Ceder’ın laboratuvarı, 2014 yılında katotların bu tabakalar olmaksızın yüksek enerji yoğunluğunu koruyabilmesinin bir yolunu keşfetti. Bu, bozuk kaya tuzları olarak adlandırılan bir kavramdı. Yeni çalışma, manganezin bu kavram içinde nasıl çalışabileceğini göstermektedir. Bu, manganezin kirlilikte bulunmasından dolayı kobalt bağımlılığından umut verici bir adımdır ve ucuz bir elementtir.

Ceder, “Kobaltın kaynak konusunu ele almak için katotlarda bu tabakalılıktan kurtulmak zorundasınız. Düzensiz katotlar, periyodik tablonun çok daha fazlasıyla oynamıza izin verdi.” dedi.

Yeni çalışmada, Ceder’in laboratuvarı katottan çok fazla kapasite almak için yeni teknolojilerin nasıl kullanılabileceğini gösteriyor. Florür dopingi denen bir süreci kullanarak, bilim adamları katoda büyük miktarda manganez katmıştır. Doğru şarj ile daha fazla manganez iyonuna sahip olmak katotların daha fazla lityum iyonları tutmasına ve böylece bataryanın kapasitesini arttırmasına izin verir.

Diğer araştırma grupları flor katyon katotlarına teşebbüs etmiş ancak başarılı olamamıştır. Ceder, laboratuarının düzensiz yapılar üzerindeki çalışmalarda başarılarının büyük bir anahtarı olduğunu söyledi.

Katot performansı, birim ağırlık başına enerji olarak ölçülür ve kilogram başına watt-saat olarak adlandırılır. Bozuk mangan katotlar kilogram başına 1.000 watt-saate yaklaştı. Tipik lityum-iyon katotlar kilogram başına 500-700 watt-saat aralığındadır.

Araştırma sırasında Ceder’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan baş araştırmacı Jinhyuk Lee, “Pillerin dünyasında, bu geleneksel katotlara göre büyük bir gelişme” diyor.

Teknolojinin, dizüstü bilgisayarlar veya elektrikli araçlar gibi uygulamalarda kullanılıp kullanılamayacağını görmek için daha fazla ölçeklenmeli ve test edilmelidir. Ancak Ceder, bu teknolojinin aslında onu bir pilin içine alıp almadığını, noktanın yanında olup olmadığını söyler. Araştırmacılar katotların tasarımı için yeni olanaklar yarattılar, ki bu daha da önemli.

Ceder, “Periyodik tablodaki herhangi bir elementi hemen kullanabilirsiniz. Çünkü katotların katmanlaştırılmasının gerekmediğini gösterdik. Artık daha fazla kimyasal özgürlüğümüz var ve bence gerçek heyecan verici olan ise şu an yeni katotların keşfini yapabiliyoruz.” diyor.

Kaynak:
techxplore
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (2 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close