Edison’un otomobil pili geri döndü

Small dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmaya göre, University of California, Los Angeles mühendislerinin de yer aldığı ekip, saniyeler içinde şarj olabilen ve 12 binin üzerinde döngüye dayanabilen bir prototip geliştirdi. Bu da günlük kullanımda 30 yılı aşan bir ömre karşılık geliyor.

OTOMOBİLDEN GÜNEŞ TARLASINA

1900’lerin başında ABD yollarında elektrikli ve hibrit araçlar, benzinlilerden daha yaygındı. Edison 1901’de otomotiv için kurşun-asit batarya patenti aldı; ancak yüksek maliyet ve yaklaşık 50 kilometrelik menzil, içten yanmalı motor karşısında geride kalmasına neden oldu. Nikel-demir konsepti ise rafa kalktı.

Bugün ekip, bu kimyayı ulaşımdan çok altyapı tesisleri için daha uygun görüyor. Lityum-iyon bataryalar hâlâ enerji yoğunluğunda önde; fakat nikel-demir yaklaşımı, hızlı şarj, uzun ömür ve yüksek güç çıkışıyla özellikle güneş tarlaları için dikkat çekici.

KEMİKTEN İLHAM

Çalışmanın ortak yazarlarından Maher El-Kady ve malzeme bilimci Ric Kaner, ilhamı element kimyası ile iskelet biyolojisinden aldı. Omurgalı kemikleri ve kabuklar, belirli proteinleri iskelet olarak kullanıp kalsiyum bileşikleri doğru düzenle yerleştirerek hem dayanıklı hem esnek yapı oluşturur.

Ekip, kalsiyum yerine nikel ve demir kullanarak benzer bir “yapı rehberliği” kurdu. Sığır işleme yan ürünlerinden elde edilen proteinler, tek atom kalınlığında karbon-oksijen tabakası olan grafen oksitle birleştirildi. Beş nanometrenin altında genişliğe sahip metal kümeleri, protein yapının içine yerleştirildi.

YÜZEY ALANI FARKI

Grafen oksitteki oksijen normalde yalıtkan gibi davranır ve batarya performansını düşürür. Araştırmacılar yapıyı aşırı ısıtılmış suya koyarak oksijeni uzaklaştırdı; proteinler karbonlaştı ve metal kümeleri daha da sabitlendi. Ortaya hacmin yaklaşık yüzde 99’u hava olan bir aerojel çıktı.

Burada devreye yüzey alanı giriyor. Parçacıklar nanometre ölçeğine indikçe yüzey dramatik biçimde artıyor. Bu sayede atomların büyük kısmı reaksiyona katılabiliyor; şarj ve deşarj çok daha hızlı gerçekleşiyor.

LİTYUMA ALTERNATİF Mİ?

Bu nikel-demir aerojel batarya, depolama kapasitesinde lityum-iyon seviyesine ulaşmış değil; bu nedenle elektrikli araçlar için uygun görünmüyor. Ancak güneş enerjisi santrallerinde gündüz oluşan fazla elektriği hızla depolayıp gece şebekeye aktarma gibi senaryolarda güçlü bir aday olabilir. Enerji yoğun veri merkezleri için yedek güç çözümü olarak da potansiyel taşıyor.

En dikkat çekici taraflarından biri ise nadir toprak elementlerine bağımlı olmaması. Araştırmacılara göre süreç, yaygın hammaddeler ve görece düşük sıcaklık adımlarıyla yürütülebiliyor.