Çinli araştırmacılar, güneş ışığını toplarken aynı anda enerjiyi depolayabilen ve simüle edilmiş güneş ışığı altında yüzde 4,2 oranında güneşten elektriğe dönüşüm verimliliğine ulaşan bir solar redox flow battery (SRFB) geliştirdi.
Yeni batarya, Çin’in Jiangsu eyaletinde yer alan Nanjing Tech University bünyesinde çalışan bir araştırma ekibi tarafından üretildi. Ekibin sunduğu yenilikçi yaklaşım, güneş enerjisi üretimi ile enerji depolamayı tek bir elektrokimyasal sistem içinde birleştiriyor.
Geleneksel güneş enerjisi sistemlerinde fotovoltaik paneller ve harici bataryalar ayrı bileşenler olarak çalışırken, SRFB sistemleri ışık emilimi ve enerji depolamayı tek bir düzenekte topluyor. Tasarımda güneş ışığı, dolaşımdaki elektrolit içinde doğrudan kimyasal reaksiyonları tetikliyor ve enerji, şebekeye verilmeden önce ayrı bir elektrik dönüşüm aşamasına gerek kalmadan kimyasal formda saklanıyor.
Araştırma ekibi, sistemin başarısını şu sözlerle vurguluyor: “Bu SRFB cihazının başarılı üretimi, yenilikçi güneşten kimyasala enerji dönüşümü teknolojilerinin sürekli ilerlemesinin önünü açıyor.”
Enerji Yakalamayı Basitleştiren Yaklaşım
Güneş enerjisinin depolanmasına yönelik yeni yöntemler son yıllarda yeniden ilgi görürken, güneş enerjili redoks akışlı bataryalar öne çıkıyor. Işık yakalama ve kimyasal enerji depolama süreçlerini tek ve bağımsız bir platformda birleştiren fotoelektrokimyasal hücreler, sistem karmaşıklığını azaltmayı hedefliyor.
Araştırmacıların geliştirdiği batarya, organik bir bileşik sınıfı olan antrakinon temelli kimyaya dayanıyor. Sistem; 2,6-DBEAQ ve K4[Fe(CN)6] redoks çiftleri ile üç eklemli amorf silikon fotoelektrotlardan oluşuyor.
Çalışmanın yazışma yazarı Chengyu He, konuya dair; “SRFB’lerde kullanılan redoks çiftleri arasında, sulu organik antrakinon türevleri enerji depolama için tercih edilen malzemeler olarak kabul gördü.” ifadesini kullanıyor fakat araştırmacı, önceki tasarımlarda fotoelektrot korozyonu ve redoks çiftlerinin kararsızlığı nedeniyle verimliliğin sınırlı kaldığını belirtiyor ve ekliyor: “Ancak, fotoelektrotların korozyonu ve eşleşen redoks çiftinin istikrarsızlığı nedeniyle, söz konusu SRFB cihazları nispeten düşük güneşten elektrik çıkışı verimliliği sergiliyor.”
Söz konusu yapı, ışık toplama ve depolama bileşenleri arasındaki kimyasal uyumu artırarak kronik sorunları gidermeyi amaçlıyor.
Yeni SRFB Tasarımının İç Yapısı
Araştırma ekibi, fotokatot olarak ticari üç eklemli amorf silikon (3jn-a-Si) fotovoltaik hücreleri yeniden yapılandırarak 0,8 inç kare kesitler halinde düzenledi. Hücreler, paslanmaz çelik taban üzerine yerleştirilen ve indiyum kalay oksit (ITO) kaplamalı amorf silikon-germanyum alaşımlı eklemlerden oluşuyor.
Fotokatot, karbon keçe malzemeden üretilmiş bir karşı elektroda harici bir devre üzerinden bağlanıyor. Çalışma sırasında fotokatot, ışık altında indirgenen 2,6-DBEAQ içeren katolit ile doğrudan temas halinde tutuluyor. K4[Fe(CN)6] içeren anolit ise karbon keçe elektrot üzerinde oksitleniyor.
İki sıvı elektrolit, peristaltik pompa yardımıyla harici tanklar ile hücre arasında sürekli dolaştırılıyor. Nafion iyon değişim membranı, elektrolitlerin karışmasını engelleyerek yük dengesini koruyor.
SRFB performansını ölçmek amacıyla elektrolitler önce argon gazı ile temizlendi, ardından ardışık şarj-deşarj döngüleri uygulandı. Santimetrekare başına 100 milliwatt gücündeki yapay güneş ışığı altında sistem yalnızca ışıkla şarj edildi ve ardından santimetrekare başına 10 miliamper akım yoğunluğunda deşarj işlemi gerçekleştirildi.
Chengyu He, sistemin harici bir elektrik kaynağı olmadan yalnızca ışıkla şarj edilebildiğini ve 10 döngü boyunca çalışarak yüzde 4,2 verimlilik seviyesine ulaştığını belirtti. Araştırmacı sözlerini “Bu SRFB cihazının başarılı hazırlığı, gelişmiş güneşten kimyasala enerji dönüşüm teknolojilerinin daha da geliştirilmesi için yeni olanaklar sunuyor.” şeklinde sonlandırıyor.
Çalışma, Electrochimica Acta dergisinde yayımlandı.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/china-battery-converts-sunlight-into-electricity
