ABD, şebeke ölçeğinde enerji depolamayı hedefleyen yeni su gücüyle çalışan pil teknolojisi planlıyor.

Stanford Üniversitesi, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı ve diğer 13 kurumdan oluşan Sulu Pil Konsorsiyumu, elektrolitinin ana bileşeni olarak suyu kullanarak pillerin temel sınırlamalarının üstesinden gelmeyi amaçlıyor.

3 Eylül'de ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Sulu Pil Konsorsiyumunu bir enerji merkezi araştırma projesi olarak seçti. DOE'nin Enerji İnovasyon Merkezleri programı kapsamında konsorsiyum beş yıl içinde 62.5 milyon dolara kadar destek alabilecek.

125 milyon dolarlık hibe, günümüzün lityum (Li)-iyon batarya neslinin ötesinde yeni nesil teknolojileri tohumlamak ve hızlandırmak için gereken bilimsel temeli geliştirmeyi amaçlıyor.

Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilen Enerji Depolama Araştırma İttifakı, DOE'nin bugün açıkladığı diğer batarya odaklı Enerji İnovasyon Merkezidir.

“Bu proje, kesintili güneş ve rüzgar enerjisine bağımlı bir dünyada elektrokimyasal enerji depolamanın büyük zorluğunu üstlenecek. Projenin direktörü ve SLAC'ta Stanford profesörü olan Yi Cui yaptığı açıklamada, uzun süre güvenilir bir şekilde çalışacak uygun fiyatlı, şebeke ölçeğinde enerji depolamaya ihtiyacımız var” dedi.

Net sıfır küresel sera gazı emisyonuna ulaşmak için önemli miktarda sabit enerji depolaması gerekmektedir ve su, bu tür bataryalar için gerekli ölçek ve maliyette mevcut olan tek uygulanabilir çözücüdür.

Katı maddeler ve su arasındaki yük transferini moleküler ölçekten cihaz ölçeğine kadar kontrol etmenin ve yüzde 100'e yakın verimlilik elde etmenin zorlukları çözülmemiş olsa da, DOE tarafından desteklenen ekip çözüm bulmaya kararlı.

DOE Bilim Ofisi Direktör Vekili Harriet Kung yaptığı açıklamada şunları söyledi: “Bugünkü ödüller Enerji İnovasyon Merkezi ekiplerimize, ulaşımı karbonsuzlaştırma ve elektrik şebekesine temiz enerji katma becerimizi sınırlayan en zorlu bilim sorunlarından bazılarını çözmeleri için gerekli araç ve kaynakları sağlıyor.”

Onlarca yıldır yaygın olarak kullanılan sulu akülere bir örnek, geleneksel otomobillerde yanmalı motorları çalıştırmak için kullanılan kurşun-asit akülerdir. Kurşun-asit araba aküleri otomobilinizi çalıştırmak için anlık olarak bir elektrik dalgası sağlayabilse de, büyük bir enerji kapasitesine sahip değildir.

Dahası, tehlikeli kurşun içerirler. Kurşun-asit aküler dünya çapında üretilen kurşunun yüzde 85'ini kullanmaktadır. Araştırmacılar, geri kazanılan akülerden elde edilen kurşunun çoğu yeni aküde kullanılmasına rağmen, birçok ülkedeki geri dönüşüm sürecinde insan sağlığına ve çevreye zarar veren yöntemler kullanıldığını vurguluyor.

UNICEF'in 2020 raporuna göre, dünya genelinde her üç çocuktan biri kurşun zehirlenmesinden muzdarip ve bu acının yükünü gelişmekte olan ülkeler çekiyor. Cui, “Buluşlarımızın bir gün tüm insanlığa fayda sağlayabileceğini umuyoruz” dedi.
Mevcut araştırma projesi, çevre için daha güvenli, kurşun-asit pillerden daha yoğun enerjili ve lityum-iyon pillerin şu anki maliyetinin yalnızca yüzde 10'una mal olan yeni bir sulu pil sınıfı yaratmayı amaçlıyor.

Ekip, gelecekteki bu teknolojinin maliyetini düşük tutmak için daha az pahalı hammaddeler, daha basit elektronikler ve yenilikçi, etkili üretim süreçleri kullanmayı amaçlamaktadır. Ayrıca araştırılan teknolojinin daha hızlı şarj ve deşarj sürelerine sahip daha güvenli pillerle sonuçlanması bekleniyor.
Geliştiriciler, düşük voltaj, düşük enerji yoğunluğu, malzeme korozyonu, istenmeyen yan reaksiyonlar ve zorlu koşullar altında sınırlı şarj-deşarj döngülerinden sonra erken hücre arızası gibi kalıcı sorunlar nedeniyle yeni sulu piller oluşturmada uzun süredir devam eden zorluklarla karşılaşmaktadır.
Sulu Pil Konsorsiyumu ekibi, 12 Kuzey Amerika üniversitesi, SLAC, ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı ve ABD Donanma Araştırma Laboratuvarı'ndan 31 üst düzey pil bilimcisi, mühendisi ve fizikçisinden oluşmaktadır. Ekip altı Amaç ekibi ve üç Kesişen Tema ekibi olarak organize edilmiştir.
Araştırmacılara göre, Aims ekipleri elektrolit, elektrotlar, elektrolit/elektrot arayüzü, korozyon ve cihaz mimarisine odaklanırken, Crosscutting Theme ekipleri malzeme tasarımı, teori ve simülasyon ve prototip karakterizasyonunu ele alarak proje genelinde işbirliği ve disiplinler arası yaklaşımlar sağlıyor.

‍