İspanya’nın Bask Country Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Monteri çamı (Pinus radiata) atıklarından elde edilen karbonu kullanarak hibrit bir muhteşem kapasitör geliştirdi. Odun atıklarından geliştirilen bu lityum iyon kapasitör, etraf dostu, sürdürülebilir ve uygun maliyetli bir güç depolama tahlili olarak öne çıkıyor. Araştırmacılar, bu yeniliğin yüksek güçlü enerji depolamada klasik materyallere olan bağımlılığı azaltarak sürdürülebilir güç depolama sistemlerinin yolunu açabileceğini belirtiyor.
Batarya ve kapasitörlerin avantajlarını bir ortaya getiriyor
Günümüzde güç depolamada lityum iyon piller giderek kıymet kazanıyor. Öbür taraftan, bataryalara alternatif olarak üstün kapasitörler de geliştiriliyor. Harika kapasitörler, çok yüksek ömre sahipler ve çok yüksek güç sağlayabiliyorlar. Fakat süratli bir formda kendi kendine deşarj olmaları onları dezavantajlı hale getiriyor. Lityum iyon piller ise enerjiyi çok daha uzun mühlet depolayabiliyor lakin güç çıkışı daha sonlu ve çevrim ömürleri de düşük. Bu iki teknolojiyi birleştiren lityum iyon kapasitörler (LIC) ise, yüksek güç kapasitesi, yüksek güç ve uzun çevrim ömrü vadediyor.
LIC’lerin performansında elektrot materyali büyük bir rol oynuyor. Yaygın olarak kullanılan grafit, kıymetli bir hammadde olmasına karşın yüksek çevresel maliyete sahip. Sert karbonlar, yumuşak karbonlar ve nanokarbonlar üzere alternatifler umut vadetse de yüksek maliyetleri ve karmaşıklıkları nedeniyle yaygın olarak kullanılmıyor.
Araştırma grubu, İspanya’nın Biscay kentinde bol ölçüde bulunan ve sürdürülebilir bir kaynak olan Monteri çamı atıklarından karbon kullanarak uygun maliyetli bir LIC geliştirdi. Takım, kıymetli kimyasallar yahut güç ağır prosedürler yerine biyokütle kaynaklı karbon kullanarak yüksek performanslı elektrotlar üretti.
Araştırmacılar daha sonra, her iki teknolojinin avantajlarını birleştiren hibrit bir lityum iyon aygıt meydana getirdi. Bir harika kapasitörün sağlamlığını ve süratli şarj-deşarj özelliklerini korurken, bir pil üzere yüksek güç depolamasına sahip. Batarya ve süperkapasitör çeşidi elektrotların bir ortaya getirilmesiyle aygıtın toplam performansı artırıldı.
Biyokütle kaynaklarından dikkatlice seçilen çeşitli karbon formları elektrot oluşturmak için kullanıldı. Tüm biyokütleler güç depolama uygulamaları için uygun karbon sağlamıyor, lakin sonuçlar Monteri çamından elde edilen karbonun aktifliğini gösterdi.
Araştırmacılar, bir elektrodun sert karbon, oburunun ise etkin karbon içerdiğini tespit etti. Üretim sürecinde sürdürülebilirlik ve maliyet aktifliği ön planda tutularak uygun katkı unsurları kullanıldı ve sentez sıcaklıkları 700°C’nin altında tutuldu.
Yeni konfigürasyonda, birebir karbondan oluşan müspet elektrot (katot) büyük bir yüzey alanına sahipken, negatif elektrot (anot) değerli kimyasallara muhtaçlık duymadan çok fazla güç depolayabiliyor. Sistem 700 W/kg’da 105 Wh/kg güç yoğunluğu sağlarken, 10C üzere yüksek güçte bile 10.000 şarj döngüsünden sonra kapasitesinin %60’ını koruyabiliyor.
Ekip, güç yoğunluğunun 150–200 Wh/kg‘a yükselme potansiyelinin olduğunu belirterek, gelecekte yüksek güç isteyen güç depolama tahlilleri için çalışmalarının büyük umut vadedettiğini söylüyor.
Bir yanıt bırakın