Orman atıklarıyla üretilen bu hibrit batarya, 10.000 çevrim ömrü sunuyor

Araştırmacılar, bu yeniliğin yüksek güçlü enerji depolamada geleneksel malzemelere olan bağımlılığı azaltarak sürdürülebilir enerji depolama sistemlerinin yolunu açabileceğini belirtiyor.

Batarya ve kapasitörlerin avantajlarını bir araya getiriyor

Günümüzde enerji depolamada lityum iyon piller giderek önem kazanıyor. Diğer taraftan, bataryalara alternatif olarak süper kapasitörler de geliştiriliyor. Süper kapasitörler, çok yüksek ömre sahipler ve çok yüksek güç sağlayabiliyorlar. Ancak hızlı bir şekilde kendi kendine deşarj olmaları onları dezavantajlı hale getiriyor. Lityum iyon piller ise enerjiyi çok daha uzun süre depolayabiliyor ancak güç çıkışı daha sınırlı ve çevrim ömürleri de düşük. Bu iki teknolojiyi birleştiren lityum iyon kapasitörler (LIC) ise, yüksek enerji kapasitesi, yüksek güç ve uzun çevrim ömrü vadediyor. 

LIC'lerin performansında elektrot malzemesi büyük bir rol oynuyor. Yaygın olarak kullanılan grafit, önemli bir hammadde olmasına rağmen yüksek çevresel maliyete sahip. Sert karbonlar, yumuşak karbonlar ve nanokarbonlar gibi alternatifler umut vadetse de yüksek maliyetleri ve karmaşıklıkları nedeniyle yaygın olarak kullanılmıyor.

Araştırma ekibi, İspanya'nın Biscay kentinde bol miktarda bulunan ve sürdürülebilir bir kaynak olan Monteri çamı atıklarından karbon kullanarak uygun maliyetli bir LIC geliştirdi. Ekip, pahalı kimyasallar veya enerji yoğun prosedürler yerine biyokütle kaynaklı karbon kullanarak yüksek performanslı elektrotlar üretti.

Araştırmacılar daha sonra, her iki teknolojinin avantajlarını birleştiren hibrit bir lityum iyon cihaz meydana getirdi. Bir süper kapasitörün sağlamlığını ve hızlı şarj-deşarj özelliklerini korurken, bir pil gibi yüksek enerji depolamasına sahip. Batarya ve süperkapasitör türü elektrotların bir araya getirilmesiyle cihazın toplam performansı artırıldı.

Ayrıca Bkz.TUSAŞ ve ASPİLSAN, havacılık bataryası geliştirecek

Biyokütle kaynaklarından dikkatlice seçilen çeşitli karbon formları elektrot oluşturmak için kullanıldı. Tüm biyokütleler enerji depolama uygulamaları için uygun karbon sağlamıyor, ancak sonuçlar Monteri çamından elde edilen karbonun etkinliğini gösterdi.

Araştırmacılar, bir elektrodun sert karbon, diğerinin ise aktif karbon içerdiğini tespit etti. Üretim sürecinde sürdürülebilirlik ve maliyet etkinliği ön planda tutularak uygun katkı maddeleri kullanıldı ve sentez sıcaklıkları 700°C'nin altında tutuldu.

Yeni konfigürasyonda, aynı karbondan oluşan pozitif elektrot (katot) büyük bir yüzey alanına sahipken, negatif elektrot (anot) pahalı kimyasallara ihtiyaç duymadan çok fazla enerji depolayabiliyor. Sistem 700 W/kg'da 105 Wh/kg enerji yoğunluğu sağlarken, 10C gibi yüksek güçte bile 10.000 şarj döngüsünden sonra kapasitesinin %60'ını koruyabiliyor.

Ekip, enerji yoğunluğunun 150–200 Wh/kg'a yükselme potansiyelinin olduğunu belirterek, gelecekte yüksek güç isteyen enerji depolama çözümleri için çalışmalarının büyük umut vadedettiğini söylüyor.