1900lü yıllarda Amerika’daki arabaların büyük çoğunluğunun elektrikli arabalar olduğu az bilinen bir gerçektir. Thomas Edison’un icat ettiği kurşun-asit bataryaları hem pahalıydı hem de o zaman menzilleri ancak 50 km’ydi. İşte pilleri geliştirmek isteyen Edison nikel-demir pillerinin gelecek vadettiğini , 160 km menzil ve 7 saatlik şarj süresiyle döneminin en iyi ve hızlı şarj olan pili olacağını düşünmüştü.
Fakat ilk yapılan elektrikli bataryalar sınırlamalar ve içten yanmalı motorlardaki gelişim nedeniyle rafa kaldırıldı ta ki günümüze kadar. İşte UCLA ve uluslararası araştırmacılardan oluşan bir ekip, Edison kitabından nikel demir bataryasını alıp güneş tarlaları için iyi bir enerji depolama yoluna çevirdi.
Prototip, saatler yerine sadece saniyeler içinde şarj olabiliyordu ve 12.000’den fazla deşarj ve şarj döngüsü gerçekleştirdi; bu, 30 yıldan fazla günlük şarjlara eşdeğer.
Bu teknoloji, proteinler kullanılarak desenlendirilmiş küçük metal kümelerinden oluşturuldu ve daha sonra sadece bir atom kalınlığındaki tabakalardan oluşan iki boyutlu bir malzemeye bağlandı. Yenilikçi bileşenlere rağmen, teknikler aldatıcı derecede basit ve ucuzdur.
Çalışma, Small dergisinde yayınlandı ve arka kapakta yer aldı.
Çalışmanın ortak yazarı ve UCLA Koleji kimya ve biyokimya bölümünde araştırma asistanı olan Maher El-Kady, “İnsanlar genellikle modern nanoteknoloji araçlarını karmaşık ve yüksek teknoloji ürünü olarak görürler, ancak bizim yaklaşımımız şaşırtıcı derecede basit ve anlaşılır. Sadece yaygın olarak bulunan bileşenleri karıştırıyor, hafif ısıtma adımları uyguluyor ve yaygın olarak bulunan hammaddeler kullanıyoruz, ” diyor.
Biyolojiden Destek Alan Bataryalar
Doğa araştırmacılara bazı ipuçları verdi. Hayvanların kemiklerini ve kabuklu deniz hayvanlarının sert dış kabuklarını oluşturma süreci özellikle ilgi çekiciydi. İskeletler içte veya dışta olsun, kalsiyum bazlı bileşikleri toplamak için iskele görevi gören proteinlerden oluşur.
UCLA Koleji’nde kimya ve biyokimya, UCLA Samueli Mühendislik Fakültesi’nde malzeme bilimi ve mühendisliği alanında seçkin bir profesör olan ortak yazar Ric Kaner’e göre, araştırmacılar bu mekanizmayı taklit ederek minik nikel veya demir kümeleri oluşturmaya çalıştılar.
“Doğanın bu tür malzemeleri biriktirme şeklinden ilham aldık,” diyen Kaner, aynı zamanda Malzeme İnovasyonu alanında Dr. Myung Ki Hong Endowed Chair sahibi ve UCLA’daki California NanoSystems Institute üyesidir.
“Mineralleri doğru şekilde yerleştirmek, güçlü ancak kırılgan olmayacak kadar esnek kemikler oluşturur. Bunun nasıl yapıldığı, kullanılan malzeme kadar önemlidir ve proteinler bunların nasıl yerleştirileceğini yönlendirir.”
Çalışmada ekip, sığır eti üretiminin yan ürünü olan proteinleri kullandı. Moleküller, pozitif elektrotlar için nikel ve negatif elektrotlar için demir kümelerinin büyümesi için şablon görevi gördü. Katlanmış protein yapısındaki girinti ve çıkıntılar, metal kümelerinin boyutunu beş nanometreden daha azla sınırladı. Bu boyut o kadar küçük ki, bir insan saç telinin genişliğine eşdeğer olmak için yaklaşık 10.000 ila 20.000 küme gerekir. Araştırmacılar, elektrotlarında tek tek demir ve nikel atomları bile tespit ettiler.
Proteinler, oksijen atomlarıyla süslenmiş karbondan oluşan, tek atom kalınlığında tabakalar halinde bulunan ultra ince bir 2D malzeme olan grafen oksit ile birleştirildi. Oksijen, malzemenin daha çok yalıtkan gibi davranmasına neden olan tıkanıklıklar oluşturabilirken, ardından gelen süreç her şeyi değiştirdi.
Malzemeler suda aşırı ısıtıldıktan sonra yüksek sıcaklıkta pişirildi, bu da proteinlerin karbon haline gelmesine, 2D malzemedeki oksijenin ayrılmasına ve proteinlerin yönlendirdiği küçük metal kümelerin gömülmesine neden oldu. Ortaya çıkan yapı, hacim olarak neredeyse %99’u havadan oluşan bir aerojeldir.
Yüzey Alanı Çok Önemli
Bu teknolojinin en can alıcı özelliği yüzey alanıdır. Ne kadar yüzey alanı yaratırsanız , reaksiyonların gerçekleşmesi için o kadar alan kalır.
Grafen aerojelin inceliği ve boş alan fazlalığı sayesinde bu tür bir alan bolca mevcuttu. Metal nanokümelerin küçüklüğü ise temel bir matematiksel prensibin avantajından yararlanıyor: Nesneler küçüldükçe, açıkta kalan dış yüzeyin boyutu hacimden çok daha fazla artıyor.
El-Kady, “Daha büyük parçacıklardan bu son derece küçük nano kümelere(nanocluster) doğru ilerledikçe, yüzey alanı önemli ölçüde artar. İşte bu, piller için büyük bir avantajdır. Parçacıklar bu kadar küçük olduğunda, neredeyse her atom reaksiyona katılabilir. Böylece, şarj ve deşarj çok daha hızlı gerçekleşir, daha fazla şarj depolayabilirsiniz ve pilin tamamı daha verimli çalışır”, diyor.
Gelecekte Belki Araçlarda Kullanılabilir
Şarj hızı ve dayanıklılık açısından avantajlarına rağmen, bu teknolojinin mevcut versiyonu günümüzün lityum iyon pillerinin depolama kapasitesine ulaşamamaktadır. Elektrikli otomobil pazarında menzil çok önemli bir faktör olduğundan, araştırmacılar Edison’dan ilham alan bu geleceğin pilinin bir gün başka alanlarda da uygulama alanı bulabileceğini düşünmektedir.
Örneğin, bu teknolojinin hızlı şarj, yüksek verim ve sağlam dayanıklılık özellikleri, gündüzleri güneş enerjisi santrallerinde üretilen fazla elektriği depolamak ve geceleri şebekeye güç sağlamak için çok uygun olduğunu gösteriyor. Ayrıca veri merkezlerinde yedek güç kaynağı olarak da kullanılabilir.
El-Kady, “Bu teknoloji, pillerin ömrünü onlarca yıla kadar uzatabileceğinden, yenilenebilir enerjiyi depolamak veya elektrik kesintisi durumunda hızlı bir şekilde devreye girmek için ideal olabilir. Bu, altyapı maliyetlerindeki değişikliklerle ilgili endişeleri ortadan kaldıracaktır.”
Araştırmacılar, nanokümelenme(nanocluster) üretim tekniğinin diğer metallerle kullanımını araştırıyorlar. Ayrıca, daha bol bulunan ve dolayısıyla daha ucuz olan ve gelecekteki üretim için ölçeklendirilmesi daha kolay olan doğal polimerler gibi sığır proteinlerinin olası ikamelerini de araştırıyorlar.
Kaynak: https://techxplore.com/news/2026-02-forgotten-battery-thomas-edison-scientists.html
Sanayi devrimi, atom çağı, bilgisayar, internet derken yapay zeka çağında halâ ilkel bir teknoloji olan içten yanmalı teknolojilerin kullanılması çok dramatik bir durum. Zamanında batarya teknolojisi gelişmiş olsaydı, şu anda ulaşım bu kadar pahalı ve karmaşık olmayacaktı, o zamanın şartların da içten yanmalı araçların avantajlı hale gelmesinin tek nedeni, petrolün dünya jeopolitiğine etkisiydi, yoksa böyle verimsiz ve karmaşık ilkel bir teknoloji kimin işine yarar!! Gelişmiş ülkelere bakarsanız anlarsınız! Elektrikli araba teknolojisi gelişip Tesla’nın da kablosuz elektrik iletimini varsayarsak, ne şarj ne de menzil sorunu kalmayacaktı, varsaymasak bile batarya teknolojisi günümüzden çok çok ileri bir seviyede olurdu. Bu arada bence elektrikli araçlar da asıl sorun menzil değil çok şarj süresi ve ağırlık, çünkü menzil konusunda içten yanmalılar arasında pek fark kalmadı.