UCLA eş liderliğinde yürütülen uluslararası bir araştırma iş birliği, saniyeler içinde yeniden şarj olabilen ve performansını 12.000’den fazla döngü boyunca koruyan bir nikel-demir batarya prototipi geliştirdi. Bu dayanıklılık, 30 yılı aşkın süre boyunca günlük şarja eşdeğer.
Araştırmacılar, “Teknolojinin hızlı şarjı, yüksek çıkış gücü ve sağlam dayanıklılığı, gündüzleri güneş çiftliklerinde üretilen fazla elektriğin depolanarak gece şebekeye verilmesi için uygun bir seçenek olduğunu gösteriyor.” dedi.
“Veri merkezleri için yedek güç olarak da faydalı olabilir.” ancak teknoloji henüz lityum-iyon bataryalar ile aynı enerji yoğunluğuna ulaşmış değil.
Sistem, 5 nanometreden daha küçük nikel ve demir kümeleri kullanıyor; bu da bir insan saçının genişliğine 10.000 ile 20.000 kümenin sığabileceği anlamına geliyor.
Araştırmacılar boyutlar sayesinde elektrot yüzey alanını artırdı ve neredeyse her atomun kimyasal reaksiyona katılmasını sağladı. Bu verimlilik, bataryanın tarihi versiyonlarında gereken yedi saat yerine saniyeler içinde tam şarja ulaşmasını mümkün kılıyor.
Biyolojik Şablonlarla Yenilik
Söz konusu gelişme, 1900 yılına uzanan bir konsepte dayanıyor. O dönemde elektrikli araçlar benzinli araçlardan daha fazlaydı fakat menzilleri yalnızca 30 mil (yaklaşık 48 km) ile sınırlıydı. Thomas Edison, nikel-demir kimyasıyla menzili 100 mile (yaklaşık 161 km) çıkarmaya çalışmıştı fakat teknoloji sonunda içten yanmalı motorların gerisinde kaldı.
Yeni UCLA prototipi, bu batarya türünü daha önce sınırlayan iletkenlik sorunlarını aşmak için iki boyutlu grafen ve proteinler kullanıyor.
Araştırma ekibi, metal kümelerini büyütmek için sığır üretiminden elde edilen proteinleri şablon olarak kullandı. Proteinler, tek atom kalınlığındaki grafen oksit ile karıştırıldı.
Karışım su içinde aşırı ısıtıldı ve ardından yüksek sıcaklıklarda fırınlandı; süreç proteinleri karbona dönüştürdü ve nikel ile demir kümelerini yapının içine gömdü. Ortaya çıkan malzeme, hacminin %99’u havadan oluşan bir aerojel oldu.
Bataryanın performansı yüksek yüzey alanından kaynaklanıyor. İnce ve gözenekli grafen aerojel, kimyasal reaksiyonlar için geniş alan sağlıyor. Metal parçacıklar nanokümelere küçüldükçe yüzey alanı-hacim oranı artıyor. Bu yapı, iyonların kat etmesi gereken mesafeyi azaltıyor ve bağlanma noktalarını artırıyor; böylece geleneksel bataryalara kıyasla daha hızlı şarj ve deşarj mümkün oluyor.
Gelecekte Ölçeklenebilirlik
Araştırmacılar şu anda aynı nanoküme üretim tekniğini başka metallerle test ediyor. Ayrıca üretimi kolaylaştırmak amacıyla sığır proteinleri yerine daha bol bulunan doğal polimerleri deniyorlar.
Çalışmanın ortak yazarı Maher El-Kady, basın açıklamasında şu sonuca vardı: “Çünkü bu teknoloji bataryaların ömrünü onlarca ve onlarca yıl uzatabildiği için yenilenebilir enerjiyi depolamak veya güç kesildiğinde hızla devreye girmek adına ideal olabilir.
Bu durum altyapı maliyetlerindeki dalgalanmalara ilişkin endişeleri ortadan kaldırabilir.”
Dayanıklılığı ve hızlı tepki süresi sayesinde ekibin beklentisi, teknolojinin elektrik şebekelerini dengelemek ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kesintili üretimini yönetmek için kullanılması yönünde.
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/edison-inspired-battery-recharges-in-seconds
