Güneş Enerjisi ile Geliştirilmiş Çinko-Hava Pil Performansı
Atmosferdeki oksijen ile çinko arasındaki kimyasal reaksiyonla elektrik üreten çinko-hava pilleri, lityum iyon piller yerine elektrikli araçlara yönelik patlayıcı talebi karşılamak için yeni nesil piller olarak değerlendiriliyor. Yeni nesil ikincil piller için gerekli tüm özellikleri teorik olarak karşılarlar, örneğin; yüksek enerji yoğunluğu, düşük patlama riski, kirletici madde yaymayan çevre dostu ve ucuz malzeme maliyeti (doğadan kolayca elde edilebilen çinko ve hava).
Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST, Başkan Seok-Jin Yoon), Dr. Joong Kee Lee (Enerji Depolama Araştırma Merkezi) liderliğindeki araştırma ekibinin güneş enerjisi kullanarak çinko-hava pillerinin elektrokimyasal performansını iyileştirmek için bir teknoloji geliştirdiğini duyurdu.
Araştırma ekibi tarafından geliştirilen pil, elektrik üreten oksijen azaltma reaksiyonu (ORR) ve oksijen evrim reaksiyonu (OER) oranlarını önemli ölçüde artıran, alternatif enerji seviyelerine sahip yarı iletken yapıya sahip fotoaktif iki işlevli bir hava-elektrokatalizörü kullanır. Fotoaktif iki işlevli katalizör, ışık enerjisini emerek kimyasal reaksiyonları hızlandıran ve geleneksel çinko-hava pil katalizörlerinden daha iyi bir ışık emme kabiliyetine sahip olan bir bileşiktir.
Pilin anot ve katodu olarak metal ve hava kullanan bir çinko-hava pilinde, katot aktif malzeme olarak oksijenin elektrik enerjisi dönüşümü için OER ve ORR dönüşümlü olarak gerçekleştirilmelidir. Bu nedenle, karbon malzemeden yapılmış pozitif elektrot akım toplayıcısının katalitik aktivitesi, çinko-hava pillerinin enerji yoğunluğunu ve genel hücre verimliliğini belirlemede önemli bir faktördür.
Buna göre, KIST araştırma ekibi, çinko-hava pillerinin yavaş katalitik aktivitesini iyileştirmek için bir önlem olarak güneş pillerinin ve yarı iletkenlerin temel yapısal birimi olan p-n heterojunction’a odaklandı. Amaç, elektron hareketinin meydana geldiği yarı iletkenlerin arayüz özelliklerini kullanarak oksijen üretim-indirgenme sürecini hızlandırmaktı. Bu amaçla, n-tipi yarı iletken (grafitik karbon nitrür, g-C3N4) ve p-tipi yarı iletken (bakır katkılı ZIF-67 (Zeolitik Imidazolate Framework-67) ile heteroeklem bant aralığı yapısına sahip bir katot malzemesi sentezlendi.
Ek olarak, alternatif enerji seviyelerine sahip bir p-n heteroeklem yapısına sahip fotoaktif iki işlevli katalizörün ticari potansiyelini doğrulamak için ışıksız gerçek dünya koşulları altında bir deney yapıldı. Prototip pil, mevcut çinko-hava pilinin en iyi performansına benzer şekilde 731.9 mAh gZn-1 enerji yoğunluğu gösterdi. Güneş ışığının varlığında, enerji yoğunluğu yaklaşık %7 artarak 781,7 mAh gZn-1'e kadar yükseldi ve mükemmel döngü performansı (334 saat, 1.000 döngü), bilinen katalizörler arasında en iyi performansı sergiledi.
Dr. Lee, “Güneş enerjisinin kullanılması, yalnızca ikincil pillerin elektrokimyasal performansını iyileştirmede değil, aynı zamanda sürdürülebilir bir toplum gerçekleştirmede de önemli bir rol oynuyor. Bu teknolojinin, lityum iyon pillere alternatif olarak ortaya çıkan metal-hava pillerinin zorluklarını çözmenin yanı sıra yarı iletken fiziği ve elektrokimyada yeni yakınsama teknolojilerinin gelişimini teşvik eden bir katalizör olacağını umuyoruz.”
Kaynak:
