Columbia Mühendislik araştırmacıları, yenilenebilir enerji depolama biçiminde devrim yaratacak şekilde tasarlanmış yeni bir pil türü geliştirdiler.
K-Na/S pilleri olarak bilinen bu yenilikçi teknoloji, uzun süreli yenilenebilir enerji depolama için düşük maliyetli, yüksek enerjili bir çözüm oluşturmak için potasyum, sodyum ve kükürt gibi bol miktarda malzeme kullanır. 75°C’de neredeyse maksimum kapasiteye ulaşırlar, gram kükürt başına 1.655 mAh verirler ve daha yüksek kükürt konsantrasyonlarında (4M’ye kadar) piller, 2mA/cm²’lik bir deşarj oranında 1.000 döngüden sonra kapasitelerinin yüzde 71’ini korurlar.
Yenilenebilir enerji depolama için yeni tasarım
Araştırmacılara göre, piller kilogram başına 150-250 Wh enerji yoğunluğu sunuyor. Bu da onları uzun vadeli yenilenebilir enerji depolama sistemleri için ideal bir seçim haline getiriyor. Columbia Engineering’de uygulamalı fizik ve matematik alanında yardımcı doçent ve ekip lideri Yuan Yang, “Bu pillerin çalışabileceği süreyi uzatabilmemiz ve bunları kolayca ve ucuza üretebilmemiz önemli” dedi.
Rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynakları sürdürülebilir bir gelecek için hayati önem taşır ancak önemli bir sınırlamadan muzdariptirler: ihtiyaç duyulduğunda her zaman elektrik üretmezler. Zorluk, sürekli bir güç kaynağı sağlamak için yenilenebilir enerji depolama konusunda bu enerjiyi verimli bir şekilde depolamakta yatar. Columbia’nın K-Na/S pilleri, Dünya’da bol miktarda bulunan malzemeleri kullanarak düşük maliyetli, yüksek enerjili bir depolama çözümü sunarak bu sorunu çözmeyi amaçlamaktadır.
Ekip, yenilenebilir enerji depolama konusunda K-Na/S pillerinin karşılaştığı iki temel sorunu ele aldı: K2S2 ve K2S gibi inaktif katı bileşiklerin oluşumundan kaynaklanan düşük kapasite ve pilin termal yönetimini ve artan maliyetleri karmaşıklaştıran 250°C’nin üzerindeki yüksek çalışma sıcaklıklarına duyulan ihtiyaç. Pil kapasitesini iyileştirmeye yönelik önceki girişimler, difüzyon sürecini engelleyen katı çökeltiler tarafından engellendi. Bu engelleri aşmak için Profesör Yang’ın ekibi yeni bir amid bazlı elektrolit geliştirdi. Bu elektrolit, K2S2 ve K2S’nin çözünürlüğünü artırarak iyonik hareketi ve reaksiyon oranlarını iyileştirir ve bu da pil performansını önemli ölçüde iyileştirir. Sonuç olarak, K-Na/S pilleri daha düşük sıcaklıklarda (50–100°C) çalışır ve geleneksel sodyum ve potasyum sülfür pillerine kıyasla yaklaşık 2,1 V’luk daha yüksek bir voltaja ulaşır.
Ekip şu anda küçük, madeni para büyüklüğündeki pillere odaklansa da, gelecekte teknolojiyi ölçeklendirerek büyük miktarda yenilenebilir enerji depolamayı planlıyorlar. Araştırmacılar, “Başarılı olurlarsa, bu piller düşük rüzgar veya güneş ışığı dönemlerinde bile yenilenebilir enerji kaynağından istikrarlı ve güvenilir bir güç kaynağı sağlayabilir” diye açıkladı.
