Suudi Arabistan’daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (KAUST) araştırmacılar, sürdürülebilir enerji depolamada daha güvenli ve daha uygun maliyetli bir seçenek olan sulu şarj edilebilir pillerin gelişimini engelleyen temel bir moleküler sorunu tespit etti. Science Advances dergisinde yayımlanan araştırmalarında, pillerdeki suyun performansı nasıl olumsuz etkilediği ve ömrünü kısalttığı açıklanıyor. Ancak, çinko sülfat gibi ucuz tuzlar eklenerek bu sorun büyük ölçüde azaltıldı ve pil ömrü 10 kattan fazla uzatıldı.
Bir pilin ne kadar uzun ömürlü olacağını belirleyen temel faktörlerden biri anottur; enerji üretimi ve depolanmasının gerçekleştiği bileşen. Ne yazık ki, parazitik reaksiyonlar olarak adlandırılan bazı istenmeyen kimyasal tepkimeler anoda zarar vererek pilin ömrünü kısaltabiliyor.
Çalışma, serbest su moleküllerinin bu zararlı tepkimeleri tetikleyen başlıca etken olduğunu ortaya koyuyor. Çinko sülfat eklenmesi, serbest suyun varlığını sınırlayarak anodu bozma kapasitesini azaltıyor.
KAUST Yenilenebilir Enerji ve Depolama Teknolojileri Mükemmeliyet Merkezi (CREST) Başkanı ve araştırmanın baş yürütücüsü Prof. Husam Alshareef, “Bulgularımız, pil kimyasında daha önce göz ardı edilen su yapısının önemini vurguluyor,” dedi.
Serbest su, diğer moleküllerle güçlü bağlar kurmamış su moleküllerini tanımlar. Bu durum, suyun çok daha fazla molekülle etkileşime girmesine ve enerji tüketen, anoda zarar veren tepkimeleri tetiklemesine neden olur.
Sülfat iyonları, bu serbest suyun bağlarını stabilize ederek bir tür “su yapıştırıcısı” görevi görüyor ve su moleküllerinin davranışlarını değiştiriyor. Bu da parazitik reaksiyonların sayısını önemli ölçüde azaltıyor. KAUST araştırmaları çoğunlukla çinko sülfat kullanılan piller üzerinde yürütülmüş olsa da, sülfatın diğer metal anotlarda da benzer etki gösterdiği gözlemlendi. Bu da sülfat tuzlarının pil tasarımlarına dâhil edilmesinin, tüm sulu pillerin ömrünü uzatabilecek evrensel bir çözüm olabileceğini gösteriyor.
Araştırmanın çoğunu yürüten KAUST bilim insanı Yunpei Zhu, “Sülfat tuzları ucuz, yaygın ve kimyasal olarak kararlıdır. Bu da çözümümüzü hem bilimsel hem ekonomik açıdan uygulanabilir kılıyor,” dedi.
Sulu piller, büyük ölçekli enerji depolamada sürdürülebilir bir çözüm olarak dünya genelinde dikkat çekiyor ve 2030’a kadar 10 milyar doları aşan bir pazar büyüklüğüne ulaşması bekleniyor. Elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan lityum pillerin aksine, sulu piller güneş enerjisi gibi yenilenebilir kaynakların elektrik şebekelerine entegre edilmesi için daha güvenli ve çevre dostu bir seçenek sunuyor.
