İspanya’nın Bask Country Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Monteri çamı (Pinus radiata) atıklarından elde edilen karbonu kullanarak devrim niteliğinde bir hibrit süper kapasitör geliştirdi. Bu yenilikçi lityum iyon kapasitör, odun atıklarından elde edilen malzemeleri kullanarak çevre dostu, sürdürülebilir ve ekonomik bir enerji depolama çözümü sunuyor. Araştırmacılar, bu buluşun yüksek güçlü enerji depolamada geleneksel malzemelere olan bağımlılığı azaltarak sürdürülebilir enerji depolama sistemlerinin önünü açabileceğini vurguluyorlar.
Batarya ve Kapasitörlerin Avantajlarını Birleştiren Teknoloji
Günümüzde enerji depolama alanında lityum iyon pillerin önemi giderek artarken, bataryalara alternatif olarak süper kapasitörler de dikkat çekiyor. Süper kapasitörler, çok uzun bir ömre sahip olmaları ve yüksek güç sağlamalarıyla bilinirken, hızlı bir şekilde kendi kendine deşarj olmaları nedeniyle bazı dezavantajlar taşıyor. Öte yandan, lityum iyon piller enerjiyi uzun süre depolayabiliyor, fakat güç çıkışları daha sınırlı ve çevrim ömürleri de daha kısa. Bu iki teknolojiyi bir araya getiren lityum iyon kapasitörler (LIC), yüksek enerji kapasitesi, yüksek güç ve uzun çevrim ömrü gibi avantajlar sunuyor.
Elektrot Malzemelerinin Önemi
LIC’lerin performansında elektrot malzemesinin rolü oldukça büyük. Yaygın olarak kullanılan grafit, önemli bir hammadde olmasına rağmen yüksek çevresel maliyetlere sahip. Sert karbonlar, yumuşak karbonlar ve nanokarbonlar gibi alternatif malzemeler umut vaat etse de, yüksek maliyetleri ve karmaşıklıkları nedeniyle yaygın olarak tercih edilmiyor. Araştırma ekibi, İspanya’nın Biscay kentinde bol miktarda bulunan sürdürülebilir bir kaynak olan Monteri çamı atıklarından karbon kullanarak uygun maliyetli bir LIC geliştirmeyi başardı. Ekip, pahalı kimyasallar veya enerji yoğun prosedürler yerine biyokütle kaynaklı karbon kullanarak yüksek performanslı elektrotlar üretti.
Hibrit Lityum İyon Cihazın Geliştirilmesi
Araştırmacılar, iki teknolojinin avantajlarını bir araya getiren hibrit bir lityum iyon cihaz meydana getirdiler. Bu cihaz, bir süper kapasitörün dayanıklılığını ve hızlı şarj-deşarj özelliklerini korurken, aynı zamanda bir pil gibi yüksek enerji depolama kapasitesine sahip. Batarya ve süper kapasitör türü elektrotların bir araya getirilmesi sayesinde cihazın toplam performansı önemli ölçüde artırıldı.
Sürdürülebilir Üretim Süreci
Biyokütle kaynaklarından dikkatlice seçilen çeşitli karbon formları, elektrot oluşturmak için kullanıldı. Ancak, tüm biyokütleler enerji depolama uygulamaları için uygun karbon sağlamıyor. Araştırma sonuçları, Monteri çamından elde edilen karbonun etkinliğini açıkça ortaya koydu. Ekip, bir elektrodun sert karbon, diğerinin ise aktif karbon içerdiğini belirledi. Üretim sürecinde sürdürülebilirlik ve maliyet etkinliği ön planda tutuldu; uygun katkı maddeleri kullanılarak sentez sıcaklıkları 700°C’nin altında tutuldu.
Enerji Yoğunluğu ve Gelecek Potansiyeli
Yeni konfigürasyonda, aynı karbondan oluşan pozitif elektrot (katot) büyük bir yüzey alanına sahipken, negatif elektrot (anot) pahalı kimyasallar kullanmadan yüksek enerji depolama kapasitesine ulaşabiliyor. Sistem, 700 W/kg’da 105 Wh/kg enerji yoğunluğu sağlarken, 10C gibi yüksek güçte bile 10.000 şarj döngüsünden sonra kapasitesinin %60’ını koruyabiliyor. Ekip, enerji yoğunluğunun 150–200 Wh/kg‘a kadar yükselme potansiyelinin olduğunu belirterek, gelecekte yüksek güç isteyen enerji depolama çözümleri için yaptıkları çalışmaların büyük umut vadedildiğini ifade ediyor.
