Hiç cep telefonunuzu, haftalarca şarja takmadan dilediğiniz gibi kullanmayı hayal ettiniz mi? İşte Science dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmada negatif (anyon) florürle pil yapmanın yeni bir yolunu buldu. NASA,Caltech Jet İtki Laboratuvarı,Honda Araştırma Enstitüsü ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nın ortak çalışmasıyla geliştirilen bu yeni pil, lityum iyon pillere göre 8 kat daha uzun pil ömrüne sahip olacak.
Florür pilleri daha yüksek enerji yoğunluğuna olduğundan, bugün kullanılan pillerden 8 kata kadar daha uzun pil ömrüne sahip olabilir. Fakat florür çok korozif ve reaktif olduğundan çalışması zor bir madde, ” diyor yardımcı yazar Caltech’ten Prof. Robert Grubbs; aynı zamanda 2005 Nobel kimya ödülünün sahibidir.
1970’lerde araştırmacılar florür piller üretmek için katı bileşenler kullanmayı denese de, katı hal pilleri sadece yüksek sıcaklıklarda çalıştığından , günlük kullanım için uygun değildiler. İşte arştırmacılar florür pilleri yapmak için sıvı bileşenler kullandı. Böylece pilleri oda sıcaklığında çalıştırmak mümkün oldu.
“Halen geliştirmenin başında olsak da,bu oda sıcaklığında şarj edilebilir ilk florür pildir, “diyor JPL’den kimyager Simon Jones.
Piller pozitif ve negatif elektrotlar arasında mekik dokuyarak, yüklü atomları veya iyonları taşır, elektrik akımı üretirler. Eğer sıvılar kullanılıyorsa, oda sıcaklığında bu taşınım daha kolay gerçekleşir. Lityum iyon pillerde elektrotlar arasındaki bu taşınım ya sıvı çözeltilerde ya da elektrolitlerde gerçekleşiyor.
“Pili şarj etmek, tepeye kadar bir topu çıkararak, sonra tekrar yuvarlamaya benziyor. Aşağı yukarı giderek, enerji depoluyor ve harcıyorsunuz,” diyor Caltech’den kimya Prof. Thomas Miller.
Lityum iyonlar pozitif (katyonlar) kullanılırken, bu araştırmada negatif yüklü iyon olarak florür kullanılıyor. Pillerde anyonlarla çalışmanın hem zorluğu, hem de avantajı var.
“Pil ömrünü arttırmak için büyük sayıda yük geçirmek gerekir. Fakat çoklu metal yüklerini geçirmek zordur ama birkaç tekli anyon yükü ile benzeri sonuca ulaşabilir ki, bu daha kolaydır. Buradaki zorlu ise sitemi kullanılabilir voltajlara ayarlamaktır. Bu yeni araştırmada anyonların pil biliminde çalışmaya değer olduğunu, florürün yeterince yüksek voltajlar oluşturabileceğini gösterdik,” diyor JPL’den kimyager Simon Jones.
Elektrolit Olarak BTFE Seçildi
Florür batarya yapmak katı hal, elektrolit sıvısı bis(2,2,2-trifluroetil)eter yani BTFE ‘ye çevrildi. Bu solvent sayesinde florür iyonu stabil tutularak, pil boyunca elektronların mekik dokuması sağlanıyor. Ekip BTFE’yi denediğinde başta pek umut etmese de, sonradan iyi çalıştığını görünce şaşırdılar. Araştırmacılar BTFE çözeltisini bazı ek maddelerle modifiye ederek, performans ve stabilitesini geliştirdi.
“Daha uzun ömürlü pilleri yapmanın yolunu açtık. Florür pillere dönüş başlıyor,” diyor Jones.
Araştırma Referansı:
- Victoria K. Davis, Christopher M. Bates, Kaoru Omichi, Brett M. Savoie, Nebojša Momčilović, Qingmin Xu, William J. Wolf, Michael A. Webb, Keith J. Billings, Nam Hawn Chou, Selim Alayoglu, Ryan K. McKenney, Isabelle M. Darolles, Nanditha G. Nair, Adrian Hightower, Daniel Rosenberg, Musahid Ahmed, Christopher J. Brooks, Thomas F. Miller III, Robert H. Grubbs, Simon C. Jones. Room Temperature Cycling of Metal Fluoride Electrodes: Liquid Electrolytes for High Energy Fluoride-Ion Cells. Science, 2018 DOI: 10.1126/science.aat7070
