“Yılan balığı pili” hafif pillerin yolunu açıyor
Güncelleme Tarihi:
Penn State Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, elektrikli yılan balığının “ani elektrik üretme” yönteminden ilham alan, esnek ve yüksek güçlü bir hidrojel pil geliştirdi. Yeni tasarım; implant edilebilir tıbbi sensörlerden giyilebilir elektroniklere, yumuşak robotlardan medikal cihazlara kadar pek çok alanda sert, hantal pil yapıları olmadan enerji sağlamayı hedefliyor. Üstelik ekip, malzemenin toksik bileşenler içermeyen ve biyolojik ortamlara daha uyumlu bir yapıda olduğunu vurguluyor.
Elektrikli yılan balığı, “elektrosit” adı verilen çok ince biyolojik hücreleriyle kısa süreli ama güçlü elektrik darbeleri üretebiliyor. Çalışmanın sorumlu yazarı ve makine mühendisliği öğretim üyesi Joseph Najem, bu hücrelerin kısa bir anda 600 voltun üzerinde gerilim üretebildiğini ve çok küçük hacimden yüksek güç alınabildiğini anlatıyor.
Penn State ekibi de benzer bir mantıkla, farklı özelliklere sahip hidrojelleri (su bakımından zengin ve iletken jel benzeri malzemeler) katman katman dizerek iyonik süreçleri taklit etti. Buradaki kritik nokta, katmanların hem kimyası hem de geometrisinin “en verimli” şekilde ayarlanması.
20 MİKROMETRELİK KATMAN
Daha önceki yılan balığı esinli prototiplerde güç sınırlı kalıyor ve sistemin çalışması için genellikle dıştan mekanik destek gerekiyordu. Bu ekip ise her bir hidrojel katmanını sadece 20 mikrometre kalınlığa indirerek hem güç çıkışını artırdı hem de desteksiz çalışabilen bir yapı elde etti.
Katmanları üretmek için “spin coating” yöntemi kullanıldı: Dönmekte olan bir yüzeye farklı hidrojel karışımları kontrollü biçimde yayılarak ultra ince ve homojen tabakalar oluşturuldu. Araştırmacılar, ince katmanların iç direnci doğal olarak düşürdüğünü; bunun da güç yoğunluğunu artırdığını belirtiyor.
SOĞUĞA SICAĞA DAYANIYOR
Geliştirilen hidrojel pillerin yaklaşık 44 kW/m³ güç yoğunluğuna ulaştığı aktarılıyor. Bu seviye; implant sensörleri, yumuşak robotik kontrol bileşenleri ve giyilebilir elektronikler gibi “az yer kaplayan ama güvenli” enerji kaynaklarına ihtiyaç duyan uygulamalar için önemli görülüyor.
Ekip, malzemenin havada günlerce su tutabildiğini ve yaklaşık -80°C ile 27°C aralığında çalışabildiğini söylüyor. Bir sonraki hedefler ise daha yüksek güç yoğunluğu, daha verimli şarj ve mümkünse kendi kendini şarj edebilen yapılar. Araştırma, ABD Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi tarafından desteklendi.