Katı hal piller, elektrikli araçların, çeşitli elektronik cihazların ve yenilenebilir enerji depolama sistemlerinin güvenli ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlamanın en umut verici yollarından biri olarak kabul edilmektedir. Ancak bu pillerin temel hammaddesi olan lityum, hem maliyetli hem de sınırlı bir kaynak olarak öne çıkıyor. Ayrıca, lityum madenciliği önemli çevresel sorunlara yol açabiliyor.
Sodyum ise daha ucuz, bol bulunan ve çevre dostu bir alternatif olarak dikkat çekiyor. Fakat sodyum bazlı katı hal piller, bugüne kadar özellikle oda sıcaklığı ve altındaki açılarda lityum kadar iyi bir performans gösterememişti.
“SODYUM VE LİTYUM, RAKİP DEĞİL, TAMAMLAYICI”
Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu'ndan Prof. Y. Shirley Meng, bu iki elementin rekabet etmediğini, aksine birbirini tamamladığını vurguladı. Prof. Meng, “Bu, sodyumun lityuma karşı bir mücadelesi değil. İkisine de ihtiyacımız var. Gelecekte enerji depolama çözümlerini düşünürken, hem lityum hem de sodyum temelli ürünlerin aynı fabrikada üretileceğini hayal etmeliyiz.” dedi.
Meng'in araştırma ekibi, Joule dergisinde yayımlanan yeni çalışmalarıyla bu hedefe bir adım daha yaklaşmış durumda. Ekip, oda sıcaklığından donma noktasının altına kadar sürekli çalışan bir sodyum tabanlı katı hal pili geliştirerek alanda yeni bir standart belirledi.
YENİ MALZEME: METASTABİL SODYUM HİDRİDOBORAT
Araştırmanın baş yazarı Sam Oh, Singapur'daki A*STAR Malzeme Araştırma Enstitüsü’nde konuk araştırmacı olarak çalışmıştır. Oh, geliştirilen yapıların malzeme bilimi açısından önemli bir gelişme olduğunu belirtti. “Aslında daha önce rapor edilmemiş metastabil bir yapıyı kararlı hale getirdik. Bu sodyum hidrïdoborat yapısı, literatürde belirtilenlerden en az bir büyüklük mertebesi daha yüksek iyonik iletkenliğe sahiptir.” diye ekledi.
Bu yapı, ısıl işlemle kristalleştirilip hızla soğutularak sabitlendi. Bu teknik, malzeme biliminde bilinen bir yöntem olsa da katı elektrolitlerde ilk kez uygulanıyor.
GEÇİŞİ KOLAYLAŞTIRABİLİR
Oh, kullanılan yöntemin yaygın ve kanıtlanmış olmasının, bu keşfin laboratuvar ortamından sanayiye aktarılmasını kolaylaştırabileceğini ifade etti. “Bu teknik zaten bilinir olduğu için ileride ölçeklendirme daha kolay olacaktır. Eğer tamamen yeni bir süreç önerseydik, sanayi bu değişikliği kabul etmekte daha isteksiz olurdu.”
Araştırmacılar, bu metastabil fazı, klorür bazlı katı elektrolit kaplamalı O3 tipi bir katot ile eşleştirdiler. Böylece daha kalın ve yüksek yoğunluklu katotlar üretmek mümkün oldu. Oh, bu yaklaşımın enerji yoğunluğunu artırdığını vurgulayarak, “Katot ne kadar kalın olursa, bataryanın belirli bir alanda depolayabileceği enerji miktarı o kadar artar.” dedi.
Yeni tasarım, sodyumun enerji depolama alanında uygulanabilir bir alternatif haline gelmesine katkıda bulunuyor. Bu durum, hem lityum kıtlığına bir çözüm sunma, hem de madencilik faaliyetlerinin çevresel etkilerini azaltma açısından kritik bir adım olarak değerlendiriliyor.
