Page 15 - ChemLife Sayı 53

15
BILIMSEL GELIŞMELER www.chemlife.com.tr CHEMLIFE

ve elektrolit malzemelerini bulmak polimer bazlı katı ve jel elektrolitler karbon nanotüp levhayla sararak bir
daha büyük bir zorluk olmuştur. üzerinde çalışıyorlar. fiber pil yaptılar. Ekip şimdi iyonik sıvıyı
Son yıllarda yapılan tüm araştırma- daha ucuz bir solventle değiştirmeyi ve
Pek çok ekip kalsiyum oksitlerden lara rağmen kalsiyum pillerin çevrim pilin ömrünü uzatmak için daha kararlı
ve kalsiyum sülfitlerden yapılmış ömürleri hala kabul edilemeyecek elektrolitler geliştirmeyi planlıyor.
katotların peşinde. kadar kısadır. Bu nedenle Çin'deki
araştırmacılar bu cihazları geliştirmek Argonne'dan Ingram, "Bu makaleler
için alternatif bir yol deniyor. Bu araş- heyecan verici çünkü kalsiyumun bir
Diğer bilim insanları, iyon taşınma- tırmacılar, lityum iyon pilleri çalıştıran enerji depolama ortamı olarak nasıl
sı için kanallar sağlayan büyük, açık interkalasyon kimyasını taklit etmeye kullanılacağına dair düşünmeye yeni
kristal yapılara sahip Prusya mavisi çalışmak yerine dönüşüm kimyasına kapılar açıyorlar" diyor. “Ama hâlâ çok
benzeri malzemeleri denediler. Ancak yöneliyorlar. erken bir aşamadayız.”
Ponrouch'un da aralarında bulunduğu
diğerleri, polimerler ve metal-organik Ingram, "Hepimizin bildiği ortak dö- Çeşitli sorunlar devam ediyor. Örne-
çerçeveler de dahil olmak üzere gö- nüşüm kimyası, kurşun dioksit ile kur- ğin, Ca-O pili her şarj döngüsünde
2
zenekli malzemelere dayalı katotlar şun sülfat arasındaki dönüşümü içeren şarj depolama kapasitesinin çoğunu
geliştiriyor. kurşun asittir" diyor. kaybeder. Ponrouch'a göre Ca-Cl akü
2
elektroliti kalsiyum kadar lityum da
Bu arada Hosein, ilk uygulanabilir Bu işi üstlenen ekiplerden biri Şangay içeriyor, bu da hangi elementin başrol
kalsiyum pillerinin aktif karbon veya Jiao Tong Üniversitesi'nde bulunuyor. oynadığını belirsiz hale getiriyor.
karbon nanotüpler gibi bir tür göze- Kimya mühendisliği profesörü Hao
nekli karbonlu malzemeden yapılmış Sun liderliğindeki araştırmacılar, bir Hosein, herhangi bir laboratuvar pro-
katotlara sahip olacağına inanıyor. kalsiyum metal anot, bir grafit katot totipinin performansını gerçek dün-
Karbon malzemelerin faydalarını su- ve kalsiyum, alüminyum ve lityum tuz- ya koşullarına dönüştürmenin de zor
nan bir alternatif geliştiriyor. Hosein, larından yapılmış bir elektrolit kullan- olduğu konusunda uyarıyor. Ancak
"Lityum iyon pilin en ağır kısmı genel- dılar. Pil, kalsiyum klorür oluşturmak hammaddelerin karşılanabilirliği ve
likle lityum metal oksit seramiği olan için katotta kalsiyum ve klor arasındaki bulunabilirliği göz önüne alındığın-
katottur" diyor. "Burada güzel olan geri dönüşümlü reaksiyonlara dayanır. da, sayısız sorunu kalsiyum pillerle
şey, kalsiyum için kullanabileceğiniz, Shanghai Jiao Tong katotları, tipik in- çözmenin işe yarayacağına inanıyor.
önemli ölçüde daha hafif olan bazı ka- terkalasyon katotlarının beş katı olan Hosein, kimyanın lityumun doğal bir
tot türlerinin mevcut olmasıdır." 1.000 mA h/g'ye kadar yük tutabilir. uzantısı olması nedeniyle araştırmacı-
Bu tasarıma dayanan bir prototip ların lityumun halefi olarak sodyuma
İyi bir elektrolit bulmak daha zor olabi- madeni para büyüklüğündeki pil, ışık odaklandığını söylüyor. Ancak en azın-
lir. Spesifik olarak, kalsiyum piller, şarj yayan diyotlu bir ampulü çalıştırmaya dan ABD'de çok az sayıda araştırmacı
döngüsünün yarısı sırasında kalsiyum yetecek kadar 3 V sağlar. Sun, pren- kalsiyum pilleri üzerinde çalışıyor. Eğer
iyonlarını kalsiyum metal anotlarından sipte cihazın 1.449 W h/kg enerji yo- dünya gerçekten altyapıyı elektrikli
kolayca çözen ve diğer yarısında da ğunluğuna ulaşabileceğini söylüyor. hale getirmeye kararlıysa, "kesinlikle,
onları kolayca katoda geri koyan ka- Ancak sadece 100 döngü boyunca inanılmaz derecede bol ve sürdürü-
rarlı elektrolit malzemelerine ihtiyaç çalışmaktadır. lebilir bir şeye doğru büyük bir adım
duyar. atmamız gerekiyor" diyor. “Çözüm
bir katman oluşturmasına neden olur Bu arada, bu yılın başında bildirilen kalsiyumdur.”
ve bu da pil performansını düşürür. Geçtiğimiz on yılda bu alanı yeniden yeni 700 döngülü Ca-O pili, Fudan,
2
Ek olarak, çift yüklü kalsiyum iyonları canlandıran buluşlar elektrolit ilerle- Nanjing ve Zhejiang Üniversitelerin- Kaynak: https://cen.acs.org/
elektrolitteki yüklü türlerle güçlü bir melerine dayanıyordu. 2016 yılında deki araştırmacılar tarafından yapıl- energy/energy-storage-/researc-
şekilde etkileşime girerek iyonların Ponrouch ve ICMAB'daki meslek- dı; bunların bir kısmı da Ca-Cl pili hers-think-calcium-future-batte-
2
hareketini engeller. taşları, lityum iyon teknolojisinde çalışmalarına da dahil oldu. Cihazda ries/102/i12
kullanılanlar gibi geleneksel organik bir kalsiyum metal anot, karbon na-
Öte yandan, kalsiyum pillerin prensip- elektrolitleri kullanarak şarj edilebilir notüp katot ve iyonik sıvı bazlı bir jel
te, bugün 200-300 W h/kg olan lityum pillere doğru ilk adımı attılar (Nat. Ma- elektrolit bulunuyor. Oksijen katottaki
iyon pillerin enerji yoğunluğunu karşı- ter. 2016, DOI: 10.1038/nmat4462). yakıttır.
laması veya muhtemelen aşması gere- Ancak pillerin iyi çalışması için 75–100
kiyor. Kalsiyum pilleri bu performans °C'ye ısıtılması gerekiyordu. Fudan Üniversitesi kimyagerlerinin
seviyesine ulaşamasa bile, elementin laboratuvarlarında yüksek lisans öğ-
bolluğu ve düşük maliyeti, elektrikli Daha sonra 2018 ve 2019'da Oxford rencisi olan Lei Ye, "Oksijen, önceki
araçlarda olduğu gibi ağırlığın önemli Üniversitesi ve Waterloo Üniversite- kalsiyum pillerin çoğunda olduğu gibi,
bir sorun olmadığı şebeke depolama si'nden araştırmacılar, oda sıcaklığında pilde depolanmak yerine havadan elde
için pilleri umut verici kılıyor. çalışan kalsiyum ve bor tuzlarına daya- ediliyor ve bu, yüksek enerji yoğunluk-
lı elektrolitleri rapor ettiler. Argonne lu piller elde etmek için yeni bir çözüm
Ancak Barselona Malzeme Bilimi Ens- Ulusal Laboratuvarı'ndan malzeme sağlıyor" diyor.
titüsü'nden (ICMAB-CSIC) araştırmacı bilimcisi Brian J. Ingram, "Bunlar bü-
Alexandre Ponrouch, birbirleriyle çalı- yük buluşlardı" diyor. "Son 5 yılda, bu Ca-O piller tipik olarak katot üzerin-
2
şan elektrotlar ve elektrolitler yapmak makalelerden kaynaklanan oldukça de stabil bir kalsiyum oksit tabakası
için pek çok temel kimya dedektifliğine kararlı elektrolitler üzerine birçok yeni oluşturur. Ancak yeni pildeki jel elekt-
ihtiyaç duyulduğunu söylüyor. "Ke- gelişme yaşandı." rolit ve karbon nanotüpler, kalsiyum
sin bir teknolojiye sahip olana kadar iyonlarını kolayca serbest bırakan daha
performans rakamlarından her zaman Örneğin Ingram ve Argonne'daki reaktif kalsiyum peroksit oluşturan bir
şüpheliyim" diyor. Pil performansı "bü- meslektaşları, birden fazla pozitif ve reaksiyonu teşvik ediyor.
yük ölçüde katoda, anoda, kimyaya ve negatif yüklü iyonun karışımını içe-
tasarıma bağlıdır." ren elektrolitlerin iyi çalıştığını buldu. Ye, pilin güvenli kimyasının onu giyile-
Ponrouch'un grubu, çözücüleri dikkatli bilir elektroniklere güç sağlamak için
Hosein, kalsiyum pilin anot tarafında bir şekilde seçerek ve tuz konsantras- umut verici hale getirdiğini söylüyor.
en yüksek kapasiteyi kalsiyum meta- yonlarına ince ayar yaparak kalsiyum Bu amaçla araştırmacılar, bir karbon
linin kazandığını söylüyor. En iyi katot tuzu bazlı elektrolitleri iyileştirmek nanotüp fiberi kalsiyumla kaplayıp jel
için çalışıyor. Ve Hosein dahil diğerleri elektrolitle çevreleyerek ve ürünü bir