Akıllı telefonlardan elektrikli araçlara, güneş enerjisi santrallerinden rüzgar türbinlerine kadar modern dünyanın enerji depolama ihtiyacı lityum iyon pillerin omuzlarında yükseliyor. Ancak lityumun doğadan zor çıkarılması, yüksek tedarik maliyetleri ve yarattığı çevresel krizler, endüstriyi bol ve ucuz bir alternatif olan "sodyuma" yöneltmişti. Sodyum iyonlarının büyük yapıları nedeniyle pilin katodunu tıkaması ve aşındırması ise bugüne kadarki en büyük teknik engeldi.
Hindistan Bilim Eğitim ve Araştırma Enstitüsü (IISER), Hindistan Teknoloji Enstitüsü (IITGN), Güney Queensland Üniversitesi ve Swansea Üniversitesi araştırmacılarından oluşan ekip, bu darboğazı aşarak nanoteknoloji ve tarihsel fiziği harmanlayan ezber bozan bir çözüm geliştirdi.
SODYUM İYONLARI İÇİN 'ATOMİK OTOYOL'
Araştırmacılar, sodyum iyonlarının yapıyı bozmadan hızla hareket edebilmesi için demir bazlı bir fosfat-pirofosfat karışımı kullanarak doğal olarak kararlı, üç boyutlu tünel benzeri bir katot inşa etti. Ekip üyelerinden Subhajit Singha, bu mimariyi "Sodyum iyonlarının hızla geçebilmesi için doğru katot altyapısını, bir atomik otoyolu inşa etmeye karar verdik" sözleriyle özetledi.
Demir bazlı malzemelerin yarattığı iletkenlik sorununu aşmak için formüle kritik bir müdahale yapıldı: Demir atomlarının yüzde biri "indiyum" elementiyle değiştirildi. Bu ufak dokunuş, malzemenin atomik aralığını genişleterek sodyum iyonlarının çok daha hızlı ve kayıpsız bir şekilde akmasını sağladı.
270 YILLIK SIR: LEİDENFROST ETKİSİ İLE FIRINSIZ ÜRETİM
Projenin endüstriyel boyuttaki en büyük başarısı ise üretim sürecinde gizli. Ekip, sadece formülü değil, malzemenin üretiliş biçimini de değiştirmek için 1756 yılında Alman doktor Johann Gottlob Leidenfrost tarafından keşfedilen bir fenomenden yararlandı.
Su damlacıklarının aşırı sıcak metal yüzeylerde buhar yastığı oluşturarak sürtünmesizce kaymasını sağlayan (paslanmaz çelik tencerelerdeki yapışmazlık mantığı) bu etki, katot malzemesinin üretimine uyarlandı. Malzeme aşırı sıcak metal bir yüzeye püskürtülerek anında buharlaştırıldı.
Bu inovasyon sayesinde;
LİTYUM PİLLERİ KATLAYAN DAYANIKLILIK ÖMRÜ
Standart lityum iyon pillerin performansı genellikle birkaç yüz şarj döngüsünden sonra düşüşe geçerken, bu yeni nesil sodyum katodu ezberleri bozdu. IITGN Doçenti Raghavan Ranganathan, elde edilen endüstriyel veriyi şu sözlerle açıkladı: "Optimize edilmiş katot malzemesi, yaklaşık 359 Wh/kg gibi yüksek bir enerji yoğunluğu ve 10.000 şarj-deşarj döngüsü boyunca istikrarlı performansla olağanüstü bir dayanıklılık gösterdi."
Bu gelişmenin, yakın gelecekte enerji depolama tesislerinin kurulum maliyetlerini dramatik ölçüde düşürmesi ve küresel pil tedarik zincirinde lityuma olan bağımlılığı azaltması bekleniyor.
