Umeå Üniversitesi’nde yapılan yeni araştırma, elektrokimyasal enerji depolama malzemeleri tasarlamak için yapı taşları olarak niyobyum moleküllerini kullanma fikrini öneriyor.
Ayrıntılı olarak, araştırmacı Mark Rambaran, katı malzemelerin nano boyutlu polioksoniyobat denilen niyobyum molekülleri içeren sulu çözeltilerden üretilebileceğini söylüyor.
“Bu polioksoniyobatlar suda çözünür ve büyük hacimlerde sentezlenebilir. Bir çocuğun Lego parçalarının yığılmasıyla aynı şekilde moleküler yapı taşları görevi görürler, “dedi. Rambaran bir medya açıklamasında. “Lityum iyon depolamayı kolaylaştıran süper kapasitörler de dahil olmak üzere çok çeşitli malzemeleri yapmak için kullanılabilirler.”
Bilim adamına göre, polioksoniyobatların sentezi, geleneksel hidrotermal yöntemlere hızlı ve verimli bir alternatif olduğu için mikrodalga ışınlama ile yapılabilir.
Rambaran, “Önceki hidrotermal yöntemlerde ihtiyaç duyulan 18 saatten çok daha kısa olan mikrodalga ışınlama kullanılarak 15 dakikada yapılabilirler.” Dedi.
Nanometre boyutundaki moleküllerin suda çözülebileceğini ve ince niyobyum pentoksit filmlerini biriktirmek için döndürülerek kaplanabileceğini açıkladı. Bu filmler 200 ila 1200°C arasında değişen sıcaklıklara ısıtıldığında, değişen korozyon direncine ve elektrokimyasal özelliklere sahip yüzeyler elde edilir.
Daha yüksek sıcaklıklarda, filmler kristalleşir ve çok temel koşullara dirençli hale gelir ve her zaman asitlere karşı dirençlidir. Bu yaklaşım, değişen kristallik, kalınlık ve pürüzlülüğe sahip alkali içermeyen, metal oksit ince filmlerin biriktirilmesini kolaylaştırır.
Araştırmacı, “Bu niyobyum pentoksit ince filmler oluşturma yeteneği, örneğin süper kapasitörler gibi elektrokimyasal enerji depolama cihazlarının geliştirilmesine yardımcı olan kapasitif özelliklerin test edilmesini kolaylaştırır” dedi.
Kristalli niyobyum pentoksit içindeki atomların düzenlenmesi nedeniyle, yüz binden fazla döngü için lityum iyonlarının depolanmasını ve salınmasını kolayca barındırabilen kanallar oluşturur. Onu bir süper kapasitör yapan budur ve tipik bir lityum iyon pilin yerini alabilecek elektrokimyasal enerji depolaması sunar.
10 saniyede şarj
Lityum iyon piller, sınırlı şarj depolama yeteneklerine ve 10 dakika veya daha uzun şarj veya deşarj sürelerine sahip olma eğilimindeyken, süper kapasitörler 10 saniye kadar düşük şarj süreleri sergiler. Hızlı şarj ve deşarj yeteneği, süper kapasitörlerin çok hızlı ve verimli bir şekilde enerji sağlamasına olanak tanır.
Ek olarak, suda çözünür polioksoniyobatların kullanımı, niyobyum pentaklorür veya niyobyum pentaflorür gibi zararlı başlangıç malzemelerinin kullanımını önleyen metal oksit ince filmler oluşturmak için kolay ve iyi huylu bir yöntem sunar.
“Enerji depolaması için yeni materyaller geliştirmeye olan ilgi, insanlık ve biyosfer için en büyük ve en acil tehdit olan iklim değişikliğini azaltma gerekliliği tarafından yönlendiriliyor. Bunu yapmak için, çevre dostu kalırken elektrokimyasal enerji depolama yeteneklerini geliştirmek için güneş/yakıt pilleri ve pillerin üretiminde iyileştirme yapılması gerekiyor.” Dedi.
Bu nedenle, lityum iyon pillerin mevcut yeteneklerini aşan elektrokimyasal enerji depolama cihazları veya malzemeleri geliştirmeye odaklanan araştırmaların çok önemli olduğuna inanmakta.
Süper kapasitörler, elektrokimyasal enerji depolaması açısından lityum-iyon pillerin yerine geçmeseler bile rakip olmak için uygun adaylar olarak kabul edilir. Süper kapasitörlerin mevcut uygulamaları, elektrikli araçlarda, hibrit elektrikli araçlarda, tramvaylarda, trenlerde ve tüketici elektroniğinde kullanım alanları bulunmaktadır.