Kıkırdak Temelli ‘Yapısal Batarya’ Geliştirildi

Dizleriniz ve akıllı telefonlarınızın bataryalarının benzer ihtiyaçlara sahip olduğunu biliyor muydunuz? Michigan Üniversitesi'ndeki bilim adamları, bataryaların son derece dayanıklı ve şekillendirilmesini kolaylaştıran kıkırdak benzeri bir malzeme ile "yapısal batarya" prototipini keşfetti. Detaylar haberimizde.

A- A+

15.01.2019 tarihli yazı 1789 kez okunmuştur.

Yapısal pillerin arkasındaki fikir, örneğin bir drone’un kanadı veya bir elektrikli aracın tamponu gibi yapısal bileşenlerde enerji depolamaktır. Fakat bu, araştırmacılar ve endüstri için uzun vadeli bir hedef olmuştur, çünkü ağırlıklarını azaltabilir ve menzili uzatabilirler. Şu ana kadarki yapısal piller ağır, kısa ömürlü veya güvensiz.

ACS Nano'da yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar, kıkırdak benzeri katı elektrolit ile hasarlara karşı dayanıklı, şarj edilebilir bir çinko bataryayı nasıl yaptıklarını açıkladılar. Pillerin birkaç drone’un üst kasasını değiştirebileceğini gösterdiler. Prototip piller, yüzde 90 kapasitede 100’den fazla devir boyunca çalışabiliyor, sert darbelere dayanabiliyor ve hatta gerilim düşümü olmadan, bir yangına sebebiyet vermeden bıçaklanmalara da dayanabiliyor.

Araştırmayı yöneten Josepgh B. ve Profesör V. Cejka şöyle diyor: " Yapısal bir bileşen olan akünün hafif, güçlü, güvenli ve yüksek kapasiteye sahip olması gerekir. Ne yazık ki çoğu zaman bu özelliklerin çoğu göz ardı edilir."

Kıkırdağın Kullanılması

Çalışmada, yapısal malzeme olan çinko ve kıkırdak kollajen liflerine benzeyen dallı nano lifler kullanıldı. Kotov, "Kıkırdağın, bataryalarda iyon taşıyan malzeme için mükemmel bir prototip olduğu ortaya çıktı. İnanılmaz bir mekaniği var ve çok ince olmasına rağmen bize çok uzun süre hizmet ediyor. Bataryalarda, katı elektrolitlerden katotları ve anotları ayıran aynı özelliklere ihtiyaç duyulmaktadır." diyor.

►İlginizi Çekebilir: LiPo Piller ve Özellikleri

Vücudumuzdaki kıkırdak; su, besin ve diğer malzemelerin içinden geçmesine izin verme yeteneği ile mekanik mukavemeti ve dayanıklılığı birleştirir. Bu özellik, iyonların bir elektrottan diğerine akmasına izin verirken dendritlerin zarar görmesine karşı koymak zorunda olan iyi bir katı elektrolit ile neredeyse aynıdır. Dendritler, elektrotlar arasındaki ayırıcıyı delen ve elektronlar için hızlı bir şerit oluşturan, devreyi kısaltan ve potansiyel olarak yangına neden olan metallerin dallarıdır. Çinko, birkaç şarj / deşarj döngüsünden sonra bitme eğiliminde olduğundan dolayı, şarj edilebilir piller arasında göz ardı edilebilir.

Kotov ekibi tarafından yapılan membranlar, elektrotlar arasındaki çinko iyonları ile kalmaz, çinkodaki delici dendritleri de durdurabilirler. Kıkırdak gibi, membranlar daha yumuşak iyon dostu bir malzeme ile iç içe geçmiş ultra ince nano liflerden oluşur. Bataryalarda, aramid nano lifler, polietilen oksit ve yumuşak kıkırdak bileşenlerinin yerine geçen bir çinko tuzu ile birliktedir.

Güvenliği ve Faydaları

Ekip, çalışan pilleri yapmak için, alkalin pillerde bulunan manganez oksitle çinko elektrotları birleştirdi. Ancak şarj edilebilir pillerde, kıkırdak benzeri membran, standart ayırıcı ve alkalin elektrolitin yerini alır. Drone'ların üzerinde ikinci pil olan çinko piller, pilin boyutuna, uçağın kütlesine ve uçuş koşullarına bağlı olarak uçuş süresini yüzde 5 ile 25 oranında azaltabilir.

Güvenlik, yapısal bataryalar için çok önemlidir, bu nedenle ekip kasıtlı olarak, bataryayı bıçaklayarak pile zarar verdi. Birden fazla yaraya rağmen, bataryanın gerilimi tasarlanan gerilim değerine yakın olarak boşalmaya devam etti.

Şimdilik, çinko piller ikincil güç kaynaklarının en iyisi. Çünkü lityum iyon pilleri kadar hızlı şarj edip deşarj olmazlar. Ancak Kotov ekibi, çinko şarj edilebilir pillerin hızını ve ömrünü arttırabilecek daha iyi bir elektrot olup olmadığını araştırmayı hedefliyor.

Kaynak:

►sciencedaily.com
►news.umich.edu.
►knowridge.com