Bilim insanlarından lityuma güçlü ve çevreci bir alternatif

Katı hal piller, elektrikli araçları, elektronik cihazları ve yenilenebilir enerji depolama sistemlerini daha güvenli ve verimli şekilde çalıştırmanın en umut verici yollarından biri olarak görülüyor. Ancak bu pillerin temel hammaddesi olan lityum, hem pahalı hem de sınırlı miktarda bulunuyor. Üstelik lityum madenciliği ciddi çevresel zararlara neden olabiliyor.

Sodyum ise çok daha ucuz, bol miktarda bulunan ve doğaya daha az zarar veren bir alternatif olarak öne çıkıyor. Buna karşın sodyum tabanlı katı hal piller bugüne kadar özellikle oda sıcaklığı ve altındaki koşullarda lityum kadar iyi performans gösterememişti.

“SODYUM VE LİTYUM BİRBİRİNİN RAKİBİ DEĞİL”

UChicago Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’ndan Prof. Y. Shirley Meng, bu iki elementin rekabet içinde değil, birbirini tamamlayan çözümler sunduğunu vurguluyor:

“Bu, sodyumun lityuma karşı bir savaşı değil. Her ikisine de ihtiyacımız var. Geleceğin enerji depolama çözümlerini düşünürken aynı fabrikada hem lityum hem de sodyum kimyasına dayalı ürünlerin üretilebileceğini hayal etmeliyiz.”
Meng’in araştırma grubu, Joule dergisinde yayımlanan yeni çalışmasıyla bu hedefe bir adım daha yaklaştı. Ekip, oda sıcaklığından donma noktasının altına kadar istikrarlı biçimde çalışan sodyum tabanlı bir katı hal pili geliştirerek alanda yeni bir ölçüt belirledi.

YENİ MALZEME YAPISI: METASTABİL SODYUM HİDRİDOBORAT

Araştırmanın ilk yazarı Sam Oh, Singapur’daki A*STAR Malzeme Araştırma Enstitüsü’nde görev yaparken Chicago Üniversitesi’nde konuk araştırmacı olarak çalıştı. Oh, geliştirilen yapının malzeme bilimi açısından da önemli bir ilerleme olduğunu belirtti:

“Aslında rapor edilmemiş metastabil bir yapıyı kararlı hale getirdik. Bu sodyum hidrïdoborat yapısı, literatürde bildirilenlerden en az bir büyüklük mertebesi daha yüksek iyonik iletkenliğe sahip.”
Bu yapı, ısıl işlemle kristalleştirilip ardından hızla soğutularak sabitlendi. Söz konusu teknik malzeme biliminde bilinen bir yöntem olsa da, katı elektrolitlerde ilk kez bu şekilde uygulandı.SANAYİ ÜRETİMİNE

GEÇİŞİ KOLAYLAŞTIRABİLİR

Oh, kullanılan yöntemin yaygın ve kanıtlanmış olması nedeniyle keşfin laboratuvardan sanayiye taşınmasını kolaylaştırabileceğini söylüyor:

“Bu teknik zaten bilindiği için gelecekte ölçeklendirme daha kolay olacak. Eğer tamamen yeni bir süreç önerseydik, sanayi bu değişikliği kabul etmekte daha isteksiz olurdu.”
Araştırmacılar ayrıca bu metastabil fazı, klorür bazlı katı elektrolit kaplamalı O3 tipi bir katot ile eşleştirdi. Bu sayede daha kalın ve yüksek yoğunluklu katotlar üretildi. Oh, bu yaklaşımın enerji yoğunluğunu artırdığını belirtiyor:

“Katot ne kadar kalınsa, bataryanın belirli bir alanda depolayabileceği enerji miktarı o kadar artar.”

Yeni tasarım, sodyumun enerji depolamada uygulanabilir bir seçenek haline gelmesine önemli bir katkı sağlıyor. Bu da hem lityum kıtlığına çözüm hem de madenciliğin çevresel zararlarını azaltmak açısından kritik bir adım.