Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"KAIST araştırmacıları, elektrikli araçlar ve diğer ileri teknolojilerdeki uygulamalar için hızlı şarj vaat eden, yüksek güç ve enerji yoğunluğuna sahip çığır açan bir hibrit sodyum-iyon pil geliştirdi."
Scientists Develop Battery Capable of Rapid Charging in Just a Few Seconds
Lityumdan (Li) 500 kat daha fazla bulunan sodyum (Na), son zamanlarda sodyum-iyon pil teknolojilerindeki potansiyel kullanımı nedeniyle büyük ilgi görmektedir.
Ancak mevcut sodyum-iyon piller, daha düşük güç çıkışı, kısıtlı depolama özellikleri ve daha uzun şarj süreleri gibi temel sınırlamalarla karşı karşıyadır ve bu da yeni nesil enerji depolama malzemelerinin geliştirilmesini gerektirmektedir.
11 Nisan 2024'te KAIST (Başkan Kwang Hyung Lee tarafından temsil edilen), Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Jeung Ku Kang liderliğindeki bir araştırma ekibinin hızlı şarj olabilen yüksek enerjili, yüksek güçlü bir hibrit sodyum-iyon pil geliştirdiğini duyurdu.
FS/C/G-20//ZDPC SIHES tam hücrelerinin elektrokimyasal karakterizasyonları (solda). FS/C/G-20//ZDPC (bu çalışma) ve daha önce bildirilen diğer sodyum-iyon elektrokimyasal enerji depolama cihazları için Ragone grafikleri (sağda). Kaynak: KAIST Nano Malzeme Simülasyon ve İmalat Laboratuvarı
Yenilikçi hibrit enerji depolama sistemi, tipik olarak pillerde kullanılan anot malzemelerini süper kapasitörler için uygun katotlarla entegre ediyor. Bu kombinasyon, cihazın hem yüksek depolama kapasitelerine hem de hızlı şarj-deşarj oranlarına ulaşmasını sağlayarak lityum-iyon pillere uygulanabilir yeni nesil bir alternatif olarak konumlandırıyor.
Teknolojik Zorlukların Ele Alınması
Bununla birlikte, yüksek enerji ve yüksek güç yoğunluğuna sahip hibrit bir bataryanın geliştirilmesi, batarya tipi anotların yavaş enerji depolama oranının iyileştirilmesinin yanı sıra süperkapasitör tipi katot malzemelerinin nispeten düşük kapasitesinin artırılmasını gerektirmektedir.
Sodyum-iyon hibrit enerji depoları (SIHES) için yüksek kapasiteli/yüksek hızlı anot ve katot malzemelerinin şematik sentetik prosedürleri ve önerilen enerji depolama mekanizmaları. (a) Ultra ince demir sülfit gömülü S katkılı karbon/grafen (FS/C/G) anot ve (b) zeolitik imidazolat çerçeve türevli gözenekli karbon (ZDPC) katot malzemeleri için sentetik prosedürler. (c) Bir SIHES için FS/C/G anotta Na+ iyonlarının ve ZDPC katotta ClO-4 iyonlarının önerilen enerji depolama mekanizmaları. Kaynak: KAIST Nano Malzeme Simülasyon ve İmalat Laboratuvarı
Bunu açıklamak için Profesör Kang'ın ekibi, hibrit pillerin optimize edilmiş sentezi için iki farklı metal-organik çerçeve kullandı. Bu yaklaşım, metal-organik çerçevelerden türetilen gözenekli karbona ince aktif malzemelerin dahil edilmesi yoluyla gelişmiş kinetiğe sahip bir anot malzemesinin geliştirilmesine yol açtı.
Ayrıca, yüksek kapasiteli bir katot malzemesi sentezlenmiş ve katot ve anot malzemelerinin kombinasyonu, dengeyi optimize eden ve elektrotlar arasındaki enerji depolama oranlarındaki farklılıkları en aza indiren bir sodyum-iyon depolama sisteminin geliştirilmesine olanak sağlamıştır.
Performans ve Potansiyel Uygulamalar
Yeni geliştirilen anot ve katottan oluşan birleştirilmiş tam hücre, yüksek performanslı bir hibrit sodyum-iyon enerji depolama cihazı oluşturmaktadır. Bu cihaz, ticari lityum-iyon pillerin enerji yoğunluğunu aşmakta ve süper kapasitörlerin güç yoğunluğu özelliklerini sergilemektedir. Elektrikli araçlardan akıllı elektronik cihazlara ve havacılık teknolojilerine kadar uzanan hızlı şarj uygulamaları için uygun olması beklenmektedir.
Profesör Kang, 247 Wh/kg enerji yoğunluğuna ve 34.748 W/kg güç yoğunluğuna ulaşan ve hızlı şarj etme kapasitesine sahip hibrit sodyum-iyon enerji depolama cihazının, enerji depolama sistemlerinin mevcut sınırlamalarının üstesinden gelmede bir atılımı temsil ettiğini belirtti. Elektrikli araçlar da dahil olmak üzere çeşitli elektronik cihazlarda daha geniş uygulamalar öngörüyor.
Araştırma, Bilim ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı ve Kore Ulusal Araştırma Vakfı'nın Nanomalzeme Teknolojisi Geliştirme Projesi aracılığıyla sağladığı destekle yürütülmüştür.
Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST), 26 Nisan 2024, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 24.07.2024, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: Jong Hui Choi, Dong Won Kim, Do Hwan Jung, Keon-Han Kim, Jihoon Kim ve Jeung Ku Kang, 27 Mart 2024, "Yüksek performanslı sodyum-iyon hibrit enerji depoları için 3D gözenekli N-zengin grafitik karbon çerçevelerin düşük kristalli iletken çok değerlikli demir sülfit gömülü S katkılı anot ve yüksek yüzey alanlı O katkılı katot", Energy Storage Materials. DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103368
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.