Mühendisler, düşük güneş ve rüzgar koşullarında bile enerji depolayan güçlü pil 'yakıtı' üretti.

Columbia Mühendislik araştırmacıları, yenilenebilir enerjinin depolanma biçimini geliştirmeyi amaçlayan yeni pil türleri yaratıyor.

Bir ekip, uzun süreli enerji depolama için düşük maliyetli, yüksek enerjili bir çözüm sağlamak üzere bol miktarda potasyum, sodyum ve sülfür kullanan K-Na/S pil “yakıtı” geliştirdi.

Bu piller 1M sülfür ile 75°C'de neredeyse maksimum kapasiteye (1655 mAh/g sülfür) ulaşır. 4M sülfürde, 2mA/cm²'de 830 mAh/g sağlarlar ve 1000 döngüden sonra yüzde 71 kapasiteyi korurlar.

Araştırmacılar bu pillerin uzun vadeli enerji depolaması için umut verici olduğunu çünkü sadece Dünya'da bulunan malzemeleri kullandıklarını ve kg başına 150-250 Wh enerji sağladıklarını iddia ediyor.

Ekibin lideri ve Columbia Mühendislik Uygulamalı Fizik ve Matematik Bölümü'nde doçent olan Yuan Yang yaptığı açıklamada, “Bu pillerin çalışabileceği süreyi uzatabilmemiz ve bunları kolay ve ucuz bir şekilde üretebilmemiz önemli” dedi.

K-Na/S pilleri iki ana sorunla karşı karşıyadır: düşük kapasiteleri, difüzyon sürecini engelleyen inaktif katı K2S2 ve K2S oluşumundan kaynaklanmaktadır; ayrıca, çalışmaları çok yüksek sıcaklıklar (>250 oC) gerektirmekte, bu da karmaşık termal yönetim gerektirmekte ve sürecin maliyetini artırmaktadır.

Önceki araştırmalar düşük kapasite ve katı çökeltilerle mücadele etmiştir, bu nedenle bu tür pilleri geliştirmek için yeni bir yöntem aranmıştır.

Profesör Yang'ın ekibi, batarya performansını artırmak için K2S2 ve K2S gibi bileşiklerin çözünürlüğünü artıran, iyonik hareketi ve reaksiyon hızlarını geliştiren yeni bir amid bazlı elektrolit geliştirdi.

Bu tasarım, geleneksel Na/S ve K/S pillerinden daha yüksek voltaj (~2,1V) sunan ve daha düşük sıcaklıklarda (150°C yerine 50-100°C) çalışan K-Na/S pillerine uygulanmıştır.

Ekibin deneyleri, bu elektrolitin K2S2 ve K2S'yi çözme kabiliyetinin, orta sıcaklıklarda çalışan K/S pillerinin enerji ve güç yoğunluğunu artırabileceğini gösterdi.

K2S'yi 75°C'de 1,43M'ye kadar çözebilen asetamid ve ε-kaprolaktam karışımı kullanılarak, batarya 75°C'de neredeyse tam deşarj kapasitesine (gram sülfür başına 1655 mAh) ulaşır.

Daha yüksek sülfür konsantrasyonlarında (4M'ye kadar), batarya 1000 döngüden sonra kapasitesinin yüzde 71'ini korur. Bu sistem kg başına 150-250 Wh spesifik enerji sağlar ve kullanılan malzemelerin bolluğu nedeniyle düşük maliyetlidir.

“Yaklaşımımız neredeyse teorik deşarj kapasitelerine ve uzun çevrim ömrüne ulaşıyor. Bu, orta sıcaklıktaki K/S pilleri alanında çok heyecan verici bir gelişme” diyor çalışmanın ilk yazarı ve Profesör Yang ile birlikte doktora öğrencisi olan Zhenghao Yang.