Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden bilim insanları tek kullanımlık kağıt torbalar ve karton kutuları, lityum iyon piller için hayati önem taşıyan saf karbona dönüştürmeyi başardı.
Karbonizasyon adı verilen prosesle araştırmacılar kağıt iplikçiklerini karbon elektrotlara dönüştürüyor.
Bilim insanları kağıdı karbona dönüştürmek için yüksek sıcaklıklara çıkararak, saf karbon,su buharı ve yağa indirgeyerek biyoyakıt da elde ediyor. Karbonizasyon işlemi oksijensiz ortamda yapıldığından, ambalaj kağıdının yakılmasıyla ortaya çıkan sera gazı etkisi oluşmuyor. Yani bu işlem, çok daha çevreci bir yöntem.
Araştırmacıların ürettiği karbon elektrotlar çok iyi elektrokimyasal özellikler sergilerken, aynı zamanda da dayanıklı ve esnekler. Laboratuvar testlerinde elektrotların 1200 kez kadar şarj edilip boşaltılabildiği gösterildi. Bu mevcut telefon bataryalarının 2 katı demek. Ayrıca geliştirilen anotlar fiziksel stres dayanımı açısından,muadillerine göre 5 kat daha fazla ezilme direnci gösteriyorlar.
Ayrıca yeni geliştirilen metot, batarya anotu üretmede kullanılan diğer metotlara göre daha az enerji ve ağır metale ihtiyaç duyuyor. Anot , bir lityum-iyon pilin toplam maliyetinin yüzde 10 ila 15’ine karşılık geldiğinden, daha düşük maliyetli bir atık malzeme kullanılan bu yöntemin, üretim maliyetini de düşürmesi bekleniyor.
Elde edilen bulgular Additive Manufacturing dergisinde yayınlandı.
Pil anotlarını üretmek için ham madde olarak atık kağıt kullanmak , aynı zamanda, çıkarılan ve daha sonra aşındırıcı kimyasallar ve makinelerle işlenen karbonlu dolgu maddeleri ve karbon veren bağlayıcılar gibi geleneksel karbon kaynaklarına olan bağlılığımızı azaltabilir.
Ambalaj kağıtlarının, plastik ve pamuğa göre daha büyük bir çevresel ayak izi bıraktığını bulundu. Yakıldıklarında, küresel ısınmaya katkı yapıyor ve ekotoksisite potansiyelleri mevcut.
Mevcut lityum pil teknolojisi, düşmeden kaynaklanan fiziksel şokların ardından kademeli olarak çatlayan ve ufalanan dahili karbon elektrotlara dayanır ki, pil ömrünün zamanla kısalmasının ana nedenlerinden biridir.
Yeni yöntemde oksijensiz ortamda, kağıtlar 1200°C’ye kadar ısıtılarak anotlar için gerekli olan karbon üretiliyor. Esnek ve dayanıklı olan yeni anotlar, telefonları çarpışmalara ve darbelere karşı daha dayanıklı yapacak.
Çalışmanın ortak yazarı, NTU’nun Makine ve Uzay Mühendisliği Okulu’ndan bir araştırma mühendisi olan Bay Lim Guo Yao, “Anotlarımız, dayanıklılık, şok emilimi, elektrik iletkenliği gibi mevcut olmayan güçlü yönlerin bir kombinasyonunu sergiliyor. Bu yapısal ve fonksiyonel özellikler, kraft kağıt bazlı anotlarımızın mevcut karbon malzemelere sürdürülebilir ve ölçeklenebilir bir alternatif olduğunu gösterirken, yapısal pillerin yeni gelişen alanı gibi zorlu, üst düzey, çok işlevli uygulamalarda ekonomik değer bulacağını göstermektedir.”
Araştırmacılar kağıt anotlu pili daha düşük ısılarda üretmek ve enerji kapasitesini arttırmak için çalışmalara devam ediyor. Sürdürebilir anot üretimi için yeni teknik faydalı olabilir.
Araştırma Referansı:
Chang Quan Lai et al, Exceptional energy absorption characteristics and compressive resilience of functional carbon foams scalably and sustainably derived from additively manufactured kraft paper, Additive Manufacturing (2022). DOI: 10.1016/j.addma.2022.102992
Kaynak:https://techxplore.com/news/2022-11-scientists-paper-battery-smartphones-electric.html?
