Araştırmacılar alüminyum pillerin gelişmesinde temel ilerlemeleri yaşatabilecek iki yeni malzeme ortaya koydu.
Birincisi Advanced Science‘de yayınlandı ve pilin iletken kısımları için korozyona karşı dayanıklı malzemeyi içeriyordu; ikincisinde ise Advanced Materials‘da yayınlandı ve geniş bir teknik gereksinime uyacak şekilde, pilin pozitif kutbu için yeni bir malzeme geliştirildiği duyuruldu.
Güneş ve rüzgâr enerjisinden giderek artan miktarda enerji geliyor, ancak güneşin parlamadığı ve rüzgârın esmediği zamanlarda bile enerjiye ihtiyaç var. Hafifliklerinden ötürü elektro-hareketlilik için mevcut lityum iyon pilleri ideal olsa da, bunlar oldukça pahalılar ve dolayısıyla ekonomik, büyük ölçekli ve sabit güç saklama birimleri için uygun değiller. Bunun da ötesinde, lityum nispeten nadir bulunan bir metal ve çıkarılması zor – alüminyum, magnezyum ve sodyum böyle değil. Bu üç elementin birine dayalı piller geleceğin sabit güç depolama birimleri için ümit vaat ediyor. Ancak böyle piller henüz araştırma aşamasında ve endüstriyel kullanıma girmemiş.
Alüminyum pillerdeki elektrolit akışkan son derece aşındırıcı ve paslanmaz çeliğe zarar veriyor – altın ve platin dâhil – bilim insanları bu pillerin iletken kısmını oluşturacak korozyona dayanıklı malzemeler arıyor.
Maksym Kovalenko, ETH Zurich’te işlevsel anorganik malzemeler bölümünde profesör olarak çalışıyor ve çalışma arkadaşları ile beraber yeteri kadar yüksek iletkenlik gösteren titanyum nitrür isimli bir malzemede aradığı özellikleri buldu. Kovalenko, “Bu bileşik son derece bol olan titanyum ve azot elementlerinden oluşuyor ve üretimi kolay” diyor.
Bilim insanları, laboratuvar ortamında titanyum nitrürden oluşmuş iletken kısım içeren alüminyum pilleri başarıyla ürettiler. Malzeme ince film şeklinde kolaylıkla üretilebiliyor, ayrıca polimer folyo gibi, diğer malzemelerin üzerine kaplanabiliyor.
Kovalenko, yaygın bir metalden iletkenleri üretmek ve bunları titanyum nitrürle kaplamanın veya iletken titanyum nitrür ile kaplanmış plastik kalıpları basmanın mümkün olabileceğini söylüyor.
Kovalenko, ayrıca şunları söylüyor: “Titanyum nitrürün potansiyel uygulama alanları yalnızca alüminyum pilleri ile sınırlı değil. Bu malzeme diğer pillerde de kullanılabilir, bunlar arasında magnezyum veya sodyum veya yüksek voltajlı lityum iyon pilleri yer alabilir”.
İkinci yeni malzeme ise alüminyum pillerin pozitif elektrodunda (kutbunda) kullanılabiliyor. Bu pillerde negatif elektrot alüminyumdan yapılırken, pozitif elektrot genellikle grafit oluyor.
Şimdi, Kovalenko ve arkadaşları, pilin depolayabileceği enerji miktarı bakımından grafitle yarışabilecek yeni bir malzemeyi bulmuş durumdalar. İlgilendikleri malzeme polipiren, zincirsi (polimerik) bir moleküler yapıya sahip olan bir hidrokarbon.
Deneylerde, malzemeden alınan örnek, özellikle moleküler zincirlerin dağınık bir şekilde iç içe geçtiği halde ideal durumu oluşturuyor. Kovalenko, şöyle diyor: “Moleküler zincirler arasında çok boşluk var. Bu da elektrolit sıvısının nispeten büyük iyonlarının elektrot malzemesine nüfuz edip onu iyonlaştırmasına izin veriyor”.
Polipiren içeren elektrotların avantajlarından biri, bunun bilim insanlarına gözeneklilik gibi özellikler üzerinde değişiklik yapma fırsatı vermesi. Malzeme dolayısıyla özel uygulamaya mükemmel uyum sağlayabiliyor. Kovalenko, şöyle diyor: “Şu ana kadar kullanılan grafit bir mineraldir. Kimya mühendisliği bakımından bunun değiştirilmesi olanaksız”.
Titanyum nitrür ve polipiren esnek malzemeler olduğu için, araştırmacılar bunların “cep pilleri” (esnek bir film içine kapatılmış piller) için kullanılabileceğini düşünüyor.
