Avustralya’daki Flinders Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, modifiye edilmiş bir polimer kullanarak güvenli ve düşük maliyetli bir sulu çinko-iyon pili (AZIB) geliştirdiler. Yeni çalışmaları pilin yapım sürecini ortaya koyuyor. Ayrıca AZIB’lerin gelecekte Li-ion pillere bütçe dostu bir alternatif olarak ortaya çıkabileceğini öne sürüyor. Bunun nedeni çinkonun daha bol olması ve Lityumdan daha ucuz olması.
Çinko iyon pil önemli bir potansiyele sahip
Yer kabuğunda Lityum konsantrasyonu yalnızca yüzde 0,002 iken, Çinko’nun konsantrasyonu yüzde 0,02’dir, yani lityumun 10 katı. Çalışmanın yazarları, “Lityum iyon pillere (LIB) olan talep ve tüketim, lityum ve kobalt gibi stratejik metallerin kaynak sıkıntısına ve tedarik zinciri sorunlarına yol açtı” dedi.
Araştırmacılardan biri ve Flinders Üniversitesi Kimya Profesörü Zhongfan Jia, “AZIB’ler, yer kabuğunda çok daha fazla çinko bulunması, düşük toksisiteye sahip olmaları ve yüksek güvenlikleri nedeniyle öne çıkıyor” diye ekledi. Bilim insanlarının çinko-iyon pil üretmesi ilk kez olmuyor . Ancak, daha önce önerilen AZIB tasarımlarının çoğunun iki büyük kısıtlaması vardı. Lityum pillerden daha pahalıydılar ve kullanımı daha az güvenliydi.
Bunun başlıca nedeni, katot olarak pahalı ve oldukça yanıcı metaller kullanmalarıydı. Bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırmacılar yenilikçi bir çözüm buldular. AZİB’lerinde anot olarak her zamanki gibi çinko kullandılar ancak katotta pahalı metalleri daha ucuz ve daha güvenli bir endüstriyel polimerin modifiye edilmiş versiyonuyla değiştirdiler.
Ticari olarak temin edilebilen bir poli(metil vinil eter-alt-maleik anhidrit) polimeri, aynı zamanda poli(MVE-alt-MA)) polimeri olarak da bilinir, kullandılar. Daha sonra, bu polimeri 4-amino-TEMPO ile modifiye ederek, son ürün olan PTEMPO olarak bilinen radikal bir polimeri yarattılar.
Jia, “Araştırmamız, ucuz ticari polimerlerden üretilen nitroksit radikal polimer katotları kullanarak iletkenliği artırıyor ve düşük maliyetli katkı maddeleri kullanarak pil performansını optimize ediyor” dedi. Bir ofis foto laminatörü kullanarak, anot ve katodu paketlemek için bir kese yaptılar ve pil hazırdı. Çalışmanın yazarları, “0,8-0,9 g aktif polimer içeren kese pil, 1,5 V çalışma voltajıyla 60 mAh kapasite gösterdi” diye belirtiyor.
Bu çinko-iyon pil kesesi küçük bir elektrikli vantilatörü, bir LED ışığı ve bir model arabayı kolayca çalıştırabilir. Bir rapor, mevcut lityum arzının artan talebi karşılayamayabileceğini öne sürüyor. Sonuç olarak, önümüzdeki yıllarda pil üreticileri operasyonları için yeterli lityum tedarik etmekte çok zorluk çekebilir.