Amerikalı bilim insanları, sodyum-iyon piller için önceki nesil katot malzemelerine kıyasla daha yüksek enerji yoğunluğu ve kararlılığa sahip yeni bir organik katot malzemesi geliştirdi.
ABD, Princeton Üniversitesi’nden Dincă Grubu araştırmacıları tarafından geliştirilen, Bis-tetraaminobenzoquinone (TAQ) adlı bu malzeme, yüksek enerji yoğunluğu ve hızlı şarj kabiliyeti ile dikkat çekiyor. Elektrikli araçlardan yenilenebilir enerji depolama sistemlerine kadar birçok alanda önemli bir dönüşüm sağlayabilir.
Lityum-iyon pillerin sınırlamaları
Lityum-iyon piller (Na-ion), taşınabilir elektroniklerden elektrikli araçlara kadar geniş bir kullanım alanına sahip olsa da, lityum kaynaklarının sınırlı olması ve tedarik zincirindeki karmaşıklık büyük sorun teşkil ediyor. Küresel ölçekte artan talep, lityum madenciliğinde çevresel etkileri artırırken, tedarik zincirindeki kırılganlıklar enerji geçişini yavaşlatabiliyor. Bu nedenle, daha sürdürülebilir ve kolay erişilebilir alternatifler büyük önem taşıyor. Buna karşılık, sodyum doğada bol miktarda bulunuyor ve maliyeti daha düşük. Ancak bugüne kadar sodyum-iyon piller, düşük enerji yoğunluğu nedeniyle yaygın olarak kullanılamıyordu.
Yeni TAQ katot malzemesi
Dincă Grubu’nun geliştirdiği TAQ katotu, sodyum-iyon pillerde yaşanan düşük enerji yoğunluğu sorununa etkili bir çözüm sunuyor. Daha önce lityum-iyon pillerde de test edilen bu malzeme, çözünmezlik ve yüksek iletkenlik özellikleriyle pilin daha kararlı ve uzun ömürlü olmasını sağlıyor. Ayrıca, TAQ’un dört elektronlu redoks süreci sayesinde pil kapasitesi önemli ölçüde artırılabiliyor.
Performans verileri
Yeni geliştirilen pilin performansı, teorik kapasitesine oldukça yakın seviyede ölçüldü. TAQ katotlu sodyum-iyon pilin başlıca performans verileri şu şekilde:
- 355 mAh/g teorik kapasiteye sahip.
- 606 Wh/kg elektrot seviyesi enerji yoğunluğu sağlıyor.
- Yüksek çevrim ömrü ile uzun süreli kullanım sunuyor.
Araştırmanın başyazarı Tianyang Chen, “Kullandığımız karbon nanotüp bağlayıcı sayesinde TAQ kristalleri ve karbon siyahı parçacıkları homojen şekilde karışıyor ve bu da malzemenin tam kapasite ile çalışmasını sağlıyor” dedi.
Gelecekte neler bekleniyor?
TAQ katot malzemesi, sodyum-iyon pillerin lityum-iyon pillerle rekabet edebilecek seviyeye ulaşmasını sağlayabilir. Elektrikli araçlar, şebeke ölçekli enerji depolama ve veri merkezleri gibi alanlarda kullanım potansiyeline sahip. Üstelik, sodyum-iyon teknolojisinin çevresel etkisi lityuma kıyasla çok daha düşük, bu da sürdürülebilir enerjiye geçişte büyük bir avantaj sunuyor.
Bu yeni keşif, sürdürülebilir enerji depolama teknolojilerinde büyük bir ilerleme anlamına geliyor ve yakın gelecekte ticari olarak uygulanabilir hale gelebilir. Ancak, maliyet optimizasyonu, ölçeklenebilir üretim yöntemleri ve pil ömrü gibi faktörler, geniş çapta benimsenmesi için aşılması gereken temel zorluklar arasında yer alıyor. Araştırmacılar, bu engelleri aşmak adına endüstriyel iş birlikleri ve daha ileri test süreçleri üzerinde çalışmayı planlıyor. Princeton Üniversitesi’nden gelen bu çığır açıcı gelişme, enerji sektöründe devrim yaratmaya aday.