Enerji performansı gelişmiş ve ömrü daha uzun bir sodyum-kükürt bataryası mı?
Gizli malzeme bahçelerimizde yetişiyor: lavanta.
Dr. Paolo Giusto’nun ekibi, lavanta yağı ile kükürdü birleştirerek, sürekli bir başarısızlık sorunu olan polisülfür taşınmasını çözen benzersiz bir malzeme geliştirdi. Bu araştırma, yeni nesil büyük ölçekli enerji depolama sistemleri için daha güçlü ve sürdürülebilir bataryaların geliştirilmesinde önemli bir adımı temsil ediyor.
Alessandro Volta, icadı olan bataryanın yaşamlarımızı ne denli derinden dönüştüreceğini hayal edemezdi. Onun metal disk yığınlarından taşınabilir cihazlarımızdaki cep boyutundaki enerji kaynaklarına ve fabrikaları besleyen büyük şebekelere uzanan uzun bir yol kat edildi. Bugün, bilim insanları, kritik bileşenlerin çıkarılmasından enerji yoğun üretime ve toksik atıkların bertaraf edilmesine kadar her aşamada önemli kirliliğe yol açan geleneksel lityum bazlı bataryalara alternatifler arıyor. Dr. Paolo Giusto'nun Max Planck Kolloid ve Arayüzler Enstitüsü'ndeki ekibi, daha az tehlikeli kimyasallar kullanan ve kolayca bulunabilen elementlerden yapılan umut verici bir seçenek olan sodyum-kükürt bataryaları üzerinde çalışıyor.
Ancak bu çevre dostu bataryalar, zorluklar olmadan gelmiyor. En büyük sorun, bataryanın çalışma mekanizmasının merkezine müdahale eden bileşiklerin oluştuğu polisülfür taşınmasıdır. Polisülfürler, bataryayı tıkayan istenmeyen yan ürünlerdir ve yayıldıklarında bataryanın tamamen arızalanmasına yol açabilirler. Giusto ve araştırma ekibi, sentez sürecine beklenmedik ama devrim niteliğinde bir malzeme ekledi: lavanta yağı.
Dr. Evgeny Senokos, lavanta yağındaki linaloolü kükürt ile birleştirip karışımı ısıtarak, kükürt ve polisülfürler için bir kafes gibi davranan yeni bir malzeme yarattı. İnsan saçının yaklaşık yüz bin katı kadar küçük olan nanoparçacıkları, polisülfürleri yakalarken daha küçük sodyum iyonlarının geçmesine izin vererek elektronların sürekli transferini sağlıyor. Senokos, “Lavanta yağı, termal çapraz bağlanma ve yoğunlaşma özellikleri sayesinde mükemmel bir katkı sağladı. Daha basit bir ifadeyle, bataryanın içindeki sıcaklık arttıkça karbon molekülleri daha sıkı bağlanıyor ve su buharlaştıkça ortaya çıkan nanokafes daha güçlü ve yoğun hale geliyor. Bu sürekli karbon tabakası kükürdü hapsederek kaçmasını engelliyor. Sonuç olarak daha uzun ömürlü ve daha fazla enerji depolayan bir batarya elde ediyoruz,” diye açıklıyor. Yeşil enerjiye katkı sağlama konusunda kararlı olan Senokos, yakında lityuma alternatifler bulma arayışında kendi araştırma grubunu yönetecek.
Üç ay boyunca yapılan 1.500 laboratuvar testinin ardından, lavanta katkılı batarya hâlâ ilk kapasitesinin %80’inden fazlasını korudu.
“Doğaya yaratıcı bir gözle bakarsak, enerji dönüşümünün birçok zorluğuna çözümler sunduğunu görüyoruz. Sonuçlarımızın yakında laboratuvardan çıkıp gerçek dünya uygulamalarına ulaşacağına eminim,” diyor Giusto. Uygun bir şekilde ölçeklendirildiğinde, bu yenilikçi bataryalar sanayi şebekelerini besleyebilir, yenilenebilir kaynaklardan enerji depolayabilir ve kritik altyapıyı destekleyebilir. Giusto, “Birçoğumuzun bahçelerinde yetiştirdiği bir şeyle geleceğin bataryalarını şekillendirmek büyüleyici,” diye ekliyor, laboratuvarında kükürdün keskin kokusu yerini lavantaya bırakırken, onu bu çalışmaya ilham veren İtalya’daki memleketi Riviera dei Fiori'deki lavanta tarlalarını hatırlıyor.
Yeşil bataryaların geleceği henüz güllük gülistanlık olmasa da, kesinlikle lavanta tonlarında görünüyor.
