Flinders Üniversitesi araştırmacıları, büyük ölçekli enerji depolamada lityum-iyon bataryalara (LIB’ler) alternatif olarak yüksek performanslı, güvenli ve sürdürülebilir bir sulu çinko-iyot şarj edilebilir batarya (AZIB) geliştirdi.
Dikkat çekici bir şekilde batarya, 60.000 şarj-deşarj döngüsünü koruyor ve üç dakikada şarj oluyor.
Flinders Üniversitesi Fen ve Mühendislik Fakültesi Kimya Bölümü Doçenti ve Matthew Flinders Araştırmacısı Zhongfan Jia, “Şarj edilebilir sulu çinko-iyot bataryaları, büyük ölçekli enerji depolamada lityum-iyon bataryalara uygulanabilir bir alternatif olarak öne çıkıyor; ekibimiz şu anda bu batarya sistemi için bir prototip platformu kurmak üzere sektör ile birlikte çalışıyor” dedi.
Mekik Etkisine Çözüm
Lityum iyon bataryalar elektrikli araçlarda ve taşınabilir teknolojilerde yaygın olarak kullanılıyor ancak bunun ciddi bedelleri var. Bataryalar pahalı, yangın riskine yatkın ve devasa boyutta çevresel atık üretiyor. Sadece Avustralya yılda yaklaşık 3.300 ton lityum batarya atığı üretiyor. Rakamın 2036 yılına kadar 136.000 tonun üzerine çıkacağı öngörülüyor.
Çinko-iyot alternatifleri su bazlı ve yanıcı olmayan bir çıkış yolu sunuyordu ancak poliiyot türlerinin batarya ayırıcısından sızarak zamanla performansı düşürdüğü “mekik etkisi” sorunuyla karşı karşıyalardı. Nişasta tam da bu noktada fark yaratıyor.
Ekip, polihalürleri hapsedip salan, nişastadan elde edilmiş düşük maliyetli ve biyobozunur siklodekstrin bazlı bir polimer kullanarak bir ev sahibi malzeme üretti ve bu sorunu çözdü.
Siklodekstrin molekülleri kozmetik ve gıda sektöründe yaygın şekilde kullanılıyor. Flinders ekibi mikroskobik bir kafes tasarladı. Dış kısmı suyu seven (hidrofilik), iç kısmı ise suyu sevmeyen (hidrofobik) bu yapı, polihalürleri gerektiğinde hapsedip salarak sızıntıyı tamamen durduruyor.
Projenin lider araştırmacısı Doçent Zhongfan Jia, “Bu sistem, ucuz ve biyobozunur oligosakkaritlerden elde edilen polimerleri kullanarak poliiyot mekik etkisini azaltmak için yeni bir yaklaşım sunuyor. Böylece sürdürülebilir ve uzun ömürlü sulu çinko-iyot bataryalara olanak tanıyor.” dedi.
Performans istatistikleri, büyük ölçekli şebeke depolaması için adeta bir istek listesi gibi. 1,3 ile 1,4 volt arasında çalışan batarya, yedi dakikada tam şarj edildiğinde 8.000 döngü boyunca 200 mAh/g kapasite sunuyor. Hedef kapasite 150 mAh/g seviyesine biraz düşürüldüğünde ise üç dakikalık ultra hızlı bir şarjla 60.000’den fazla döngü elde ediliyor.
Çalışmaya göre batarya, döngü başına %0,0001 ile %0,0003 gibi neredeyse fark edilmeyen bir oranda yıpranıyor. Bu da 60.000’den fazla döngüye nasıl ulaştığını açıklıyor.
Avustralya’nın Çinko Avantajı
Çinko bazlı bataryalar, performanstan ödün vermeden lityum-iyon sistemlerine kıyasla çok daha güvenli, ekonomik ve erişilebilir bir alternatif sunuyor. Yangın riskini ortadan kaldıran bu bataryalar, hem özgül enerjide hem de enerji yoğunluğunda lityum-iyon bataryaları yakalıyor veya geride bırakıyor. Düşük maliyetleri ve bol bulunan ham maddeleri, onları tek kullanımlık enerji depolamasında baskın bir küresel standart haline getirdi.
Lityum işleme kapasitesi şu anda büyük ölçüde Çin’de yoğunlaşmış durumda ve bu da ülkeleri tedarik kesintilerine karşı savunmasız bırakıyor.
Yapılan keşif, Avustralya için büyük ekonomik sonuçlar doğuruyor. Ülke lityum işleme konusunda zorluk yaşarken, önemli miktarda bilinen çinko rezervine sahip.
AZIB teknolojisi tipik olarak anot olarak çinko metaline dayanıyor. Bu da yeni nesil enerji depolamasına geçişte Avustralya’ya önemli bir stratejik avantaj demek. Ülke, dünyadaki toplam bilinen çinko rezervlerinin yüzde 20 ile yüzde 28 arasındaki bir bölümünü elinde tutuyor.
Makalenin birinci ortak yazarı Shangxu Jiang, söz konusu geniş yerli kaynaklardan yararlanmanın daha güvenli ve bağımsız bir enerji depolama sanayisinin temelini atabileceğini belirtiyor.
Flinders laboratuvarı şu anda ticari bir prototip platformu oluşturmak için doğrudan sektör ortaklarıyla çalışıyor. Dolayısıyla, bir sonraki yeşil enerji dönüşümü, gücünü kıt ve yangın riski taşıyan metallerden değil, çinko ve sıradan bitkisel şekerden alabilir.
Bulgular Angewandte Chemie dergisinde yayımlandı.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/new-zinc-iodine-battery-achieves-over-60000-charge-cycles-charges-in-3-minutes
