Temiz enerji denildiğinde bugün akla çoğunlukla lityum-iyon bataryalar geliyor. Ancak kökeni 19. yüzyıla uzanan bir fikir, modern malzeme bilimi sayesinde yeniden gündeme geldi. University of California, Los Angeles (UCLA) öncülüğünde yürütülen uluslararası araştırma, Thomas Edison’un yaklaşık 125 yıl önce geliştirmeye çalıştığı nikel-demir batarya kimyasını nanoteknolojiyle yeniden tasarladı.

Ortaya çıkan prototip, saniyeler içinde şarj olabiliyor ve 12.000’den fazla şarj-deşarj döngüsü boyunca performansını koruyor. Bu dayanıklılık, her gün şarj edilen bir sistem için 30 yılı aşan kullanım ömrü anlamını taşıyor.

1900’LERDE ELEKTRİKLİ ARAÇLAR ÖNDE

1900 yılında ABD yollarında elektrikli otomobiller, benzinli araçlardan daha fazlaydı. Fakat dönemin kurşun-asit bataryaları hem pahalıydı hem de yaklaşık 50 kilometrelik sınırlı bir menzil sunuyordu.

Thomas Edison, bu sorunu aşmak için nikel-demir kimyasına yönelmişti. Amacı 160 kilometre menzil, uzun ömür ve dönemi için hızlı sayılan yaklaşık yedi saatlik şarj süresiydi. Ancak içten yanmalı motorların hızla gelişmesi, elektrikli araç teknolojisinin geri planda kalmasına sebep oldu.

NANOKÜMELERLE SANİYELERDE ŞARJ

Bugün ise UCLA’daki ekip, Edison’un bıraktığı noktayı nanoteknolojiyle ileri taşıdı. Geliştirilen yeni batarya, çapı 5 nanometreden küçük nikel ve demir kümeleri kullanıyor. Bu ölçekte 10.000 ila 20.000 metal kümesi, bir insan saç telinin genişliğine sığabiliyor.

Bu boyutlandırma sayesinde elektrot yüzey alanı dramatik biçimde artırıldı. Neredeyse her atomun kimyasal reaksiyona katılması sağlanarak, geçmişte yaklaşık yedi saat süren tam şarj süresi saniyelere indirildi.

Metal parçacıklar nanokümelere dönüştükçe yüzey alanı/hacim oranı yükseliyor. Böylece iyonların kat etmesi gereken mesafe kısalıyor ve hem şarj hem de deşarj hızı ciddi biçimde artıyor.

GRAFEN VE PROTEİN ŞABLONLARIYLA ÜRETİM

Yeni prototipte iletkenlik sorunlarını aşmak için iki boyutlu grafen ve biyolojik şablonlar kullanıldı. Araştırma ekibi, sığır üretiminden elde edilen proteinleri metal kümelerinin oluşumu için şablon olarak değerlendirdi.

Bu proteinler, tek atom kalınlığındaki grafen oksit ile karıştırıldı. Karışım önce suda ısıtıldı, ardından yüksek sıcaklıkta fırınlandı. Bu süreçte proteinler karbona dönüştü ve nikel-demir kümeleri yapıya entegre edildi.

Ortaya çıkan malzeme, hacminin yüzde 99’u havadan oluşan grafen aerogel yapısına sahip. İnce ve gözenekli yapı, kimyasal reaksiyonlar için geniş bir yüzey alanı sunarak performansın temelini oluşturuyor.

Mario Lemina, İstanbul'da

Bültenimize Abone Olun