Thomas Edison'un Başarısız Şarj Edilebilir Pili İkinci Bir Hayat Bulabilir

Amerika Birleşik Devletleri - Ekhbary Haber Ajansı

Thomas Edison'un Başarısız Şarj Edilebilir Pili İkinci Bir Hayat Bulabilir

Elektrik depolama tarihindeki bazı bölümleri yeniden yazabilecek bir gelişmeyle, Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) bünyesindeki bir araştırma ekibi, ünlü mucit Thomas Edison tarafından ortaya konulan öncü prensiplere dayanan bir nikel-demir pil prototipi geliştirmeyi başardı. Edison'un bu teknolojiyi 20. yüzyılın başlarındaki vizyonu elektrikli otomobilleri çalıştırmaktı, ancak günümüz araştırmacıları artık bu temel kavramların, güneş ve rüzgar enerjisi santralleri gibi yenilenebilir enerji depolama uygulamaları için çok daha uygun olduğuna inanıyor.

Yakın zamanda 'Small' adlı bilimsel dergide yayınlanan çalışma, sadece birkaç saniye içinde şarj olabilen ve 12.000'den fazla şarj-deşarj döngüsüne dayanabilen yenilikçi bir pil prototipini detaylandırıyor. Bu dikkate değer dayanıklılık, yaklaşık 30 yıllık yoğun günlük kullanıma eşdeğerdir ve bu yeniden tasarlanmış teknoloji için olağanüstü uzun bir ömre işaret etmektedir. Bu atılım, üstün performans elde etmek için nano ölçekteki kimyasal prensiplerin nasıl kullanılacağına dair daha derin bir anlayışı yansıtmaktadır.

Şarj edilebilir elektrik gücü konsepti, Edison'un döneminde tamamen yeni değildi. 1900 yılına gelindiğinde, ABD yollarında benzinli araçlardan daha fazla elektrikli hibrit otomobil bulunuyordu. 1901'de Edison, 20. yüzyılı tamamen farklı bir yöne götürme potansiyeli olan çalışır durumdaki kurşun-asitli otomobil aküsü için patent aldı. Ancak, Edison'un pilleri, yüksek maliyetler ve yalnızca 30 millik sınırlı menzil gibi önemli engellerle karşılaştı ve sonuçta Edison başarılı bir nikel-demir pil halefi vizyonunu tam olarak gerçekleştiremeden içten yanmalı motorlara karşı yenildi.

Günümüzde, fosil yakıtların ciddi sonuçlarına dair artan farkındalığın yanı sıra, bir asırdan fazla süren sürekli yeniliklerin ardından yenilenebilir enerji küresel enerji karışımının temel taşı haline gelmiştir. Çoğu insan bugün şarj edilebilir lityum-iyon pilleri tanırken, Edison'un nikel-demir konsepti tamamen ortadan kalkmış değildir. UCLA mühendisleri, bu teknolojinin ulaşım uygulamaları için doğrudan uygun olmayabileceğini kabul etmekle birlikte, güneş enerjisi çiftlikleri ve büyük ölçekli enerji depolama tesisleri gibi enerji altyapılarında kullanım için büyük vaatler göstermektedir.

Çalışmanın ortak yazarlarından Dr. Maher El-Kady, bu teknolojinin temel prensiplerinin, atomik düzeydeki bağlara ve nano ölçekli mühendisliğe dayanmasına rağmen, şaşırtıcı derecede kolay anlaşıldığını açıklıyor. Yakın tarihli bir UCLA profilinde "İnsanlar genellikle modern nanoteknoloji araçlarını karmaşık ve yüksek teknoloji ürünü olarak düşünürler, ancak bizim yaklaşımımız şaşırtıcı derecede basit ve doğrudandır" dedi.

El-Kady'nin ekibi iki ana kaynaktan ilham aldı: temel kimya ve iskelet anatomisi. Örneğin, omurgalıların kemiklerinin ve kabuklarının oluşumu, kalsiyum bazlı bileşikler oluşturmak için belirli proteinlerin bir çerçeve olarak kullanılmasını içerir. Çalışmanın ortak yazarlarından malzeme bilimci Dr. Ric Kaner, "Mineralleri doğru şekilde yerleştirmek, güçlü ancak kırılgan olmayacak kadar esnek kemikler oluşturur. Nasıl yapıldığı, kullanılan malzeme kadar önemlidir ve proteinler yerleşimlerini yönlendirir" diye açıklıyor.

El-Kady ve Kaner, kalsiyumu nikel ve demirle değiştirerek bu biyolojik sistemi uyarlama olasılığını araştırdılar. Protein bileşeni için, sığır işleme yan ürünlerini kullandılar ve bunları tek atom kalınlığında bir karbon ve oksijen tabakası olan grafen oksit ile aşıladılar. Sonunda, pozitif yüklü nikel atomları ve negatif yüklü demir atomları ile doldurulmuş katlanmış bir protein yapısı yetiştirmeyi başardılar. Beş nanometreden daha dar olan bu yapılar, bir insan saçının genişliğine ulaşmak için 10.000 ila 20.000 küme gerektirir.

Grafen oksidin oksijen atomları tipik olarak bir yalıtkan gibi davranır, bu da pilin verimliliğini engelleyebilir. Ancak ekip bir çözüm buldu. Yaratımlarını aşırı ısıtılmış suya yerleştirerek, yüksek sıcaklıklar proteinleri karbona dönüştürürken tüm oksijeni ortadan kaldırdı. Eş zamanlı olarak, bu metal kümeler yapılar içine daha fazla gömüldü. Sonuç, hacim olarak neredeyse %99'u hava olan bir aerogel oldu. Buradan itibaren, yüzey alanının şaşırtıcı dinamikleri devreye giriyor.

El-Kady, "Daha büyük parçacıklardan bu son derece küçük nanokümplere doğru ilerledikçe, yüzey alanı önemli ölçüde artar. Bu, piller için büyük bir avantajdır" diye açıkladı. "Parçacıklar bu kadar küçük olduğunda, neredeyse her atom reaksiyona katılabilir. Bu nedenle, şarj etme ve boşaltma çok daha hızlı gerçekleşir, daha fazla şarj depolayabilirsiniz ve tüm pil daha verimli çalışır."

El-Kady'nin nikel-demir aerogel pili şu anda lityum-iyon alternatiflerinin depolama kapasitesine yaklaşamasa da, bu onu elektrikli araçlar için uygunsuz hale getirir. Ancak bu, onu sadece ilginç bir kimya deneyi olmaktan çıkarır. Nikel-demir pilin hızlı şarjı, uzun ömürlülüğü ve yüksek çıkışı, güneş enerjisi çiftliklerinde iyi çalışabileceğini göstermektedir. Pil, gün boyunca fazla elektriği kolayca ve hızlı bir şekilde depolayabilir, ardından geceleyin gücü şebekeye aktarabilir. Ayrıca, enerji yoğun veri merkezlerine yedek güç sağlamaya yardımcı olabileceği senaryolar da mevcuttur.

Edison'un nikel-demir pillerinin yeniden doğuşu henüz erken aşamalarında olsa da, bilim ve teknik bilgi mevcuttur. Dahası, lityum-iyon pillerinin nadir toprak metallerine olan bağımlılığını tamamen ortadan kaldırır.

El-Kady, "Sadece yaygın bileşenleri karıştırıyoruz, nazik ısıtma adımları uyguluyoruz ve yaygın olarak bulunan hammaddeleri kullanıyoruz" dedi. Bu açıklamalar, geçmişten ilham alan yeniliklerin mevcut ve gelecekteki zorlukların üstesinden gelmede önemli bir rol oynadığı enerji depolama için umut verici bir geleceğin kapılarını aralıyor.

Ekhbary Haber Ajansı