Bilim AKINSOFT 27 Ağustos 2021 (0) (131)

Grafen, sodyum iyon pilin kapasitesini artırıyor

İki yüzlü grafen, sodyum iyon pilin kapasitesini on kat artırıyor.

İster termal anahtar görevi gören özel köpükler oluşturuyor, isterse ultra sert elektrolitler oluşturmak için seramiklerle karıştırılıyor veya hassas silikon parçacıklarını kafeslemek için kullanılıyor olsun, grafen pil teknolojisinin geleceğini ilginç biçimlerde şimdiden şekillendiriyor.

İsveç’teki bilim insanları, sürdürülebilir bir sodyum pilde harika malzeme grafenin yeni bir formunu kullandılar ve on kat kapasite artışı sağlamak için nasıl kullanılabileceğini gösterdiler.

Yeni ve geliştirilmiş pil tasarımları arayan bilim insanları, pahalı ve kaynağı zor olan lityumun yerine bol miktarda bulunabilen sodyuma yöneliyor. Bu sodyum-iyon piller, günümüzün lityum-iyon pilleri gibi işlev görecek ve iyonları bir sıvı elektrolit içindeki bir çift elektrot arasında yerleştirerek güç üretecek, ancak mevcut durumda performansları tam olarak sıfıra yakın değil.

Bu durum, lityum iyonlarına kıyasla daha büyük boyuttaki sodyum iyonlarından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, yığılmış grafen katmanlarından oluşan grafit elektrotlarla çok iyi jelleşmezler. Normalde, pil interkalasyon olarak bilinen bir süreçte döngüye girdiğinden iyonlar grafit elektrotun içine ve dışına serbestçe hareket eder, ancak daha hacimli sodyum iyonları yapı içinde verimli bir şekilde depolanamaz. Bu, sodyum iyon pilin performansını önemli ölçüde engeller ve ona lityum iyon kimyasının onda biri olan yaklaşık 35 mAh/g kapasite sağlar.

Bu soruna bir çözüm ararken, Chalmers Teknoloji Üniversitesi bilim insanları, kendine özgü özelliklere sahip yeni bir grafen formuna yöneldiler. Adını iki yüzü olmasıyla ünlü bir Roma tanrısından alan takımın Janus grafeni, yalnızca bir tarafında hem aralayıcı hem de sodyum iyonları için aktif etkileşim alanları olarak işlev gören moleküllere sahiptir.

Bu düşüncenin daha önce sözde Janus parçacıklarına uygulandığını, örneğin suyu hem çeken hem de iten kürelere izin verdiğini görmüştük. Bu durumda, grafen malzemenin sadece bir yüzünde bulunan moleküller, istiflenmiş tabakalar arasında elektrostatik etkileşimleri kolaylaştırırken, aynı zamanda aralarında daha fazla boşluk yaratır ve bu, kapasitede büyük kazançlar sağlar.

Bilim insanları, grafit yerine yeni Janus grafenlerini kullanarak, deneysel sodyum pillerinde, geleneksel tasarımlardan yaklaşık 10 kat daha yüksek ve grafit içindeki lityum kapasitesine yaklaşan 332 mAh/g kapasiteye ulaştılar.

Sodyum-iyon interkalasyonunu bu kadar yüksek kapasiteyle gözlemlemenin gerçekten heyecan verici olduğunu belirten çalışma yazarı Profesör Aleksandar Matic, “Araştırma hala erken bir aşamada, ancak sonuçlar çok umut verici. Bu, grafen katmanlarını sodyum iyonlarına uygun, grafitle karşılaştırılabilir hale getiren düzenli bir yapıda tasarlamanın mümkün olduğunu gösteriyor.” Diyor.

Benzer Yazılar