Yeni nesil enerji depolama son yılların en popüler malzemesi olan grafenin kullanılmasıyla gelişmektedir. Yenilenebilir enerji depolama için kullanılabilen süper-kapasitörlerin oluşturulmasında artık grafen malzemesi de kullanılabilir hâle geldi ve bu durum grafen süperkapasitörler sayesinde yeni nesil enerji depolamanın önünü açmış olabilir.
Bal peteği örgü yapısına sahip karbon atomlarından oluşan grafen malzemesi.
İnsanların birçoğunun adını 2010 Nobel Fizik Ödülü’nün grafen malzemesinin keşfine verilmesinde duyduğu bir malzeme olan grafen, grafitin bir atom kalınlığındaki bir tabakası olarak da bilinir ve yüksek termal ile elektriksel iletkenlik özelliklerine sahiptir. Ayrıca dayanıklı ve esnektir.
Diğer eşsiz özellikleri ile beraber bu özellikleri, grafeni güneş hücresi üretimi gibi temiz teknolojilerde ilgi çekici bir konuma getiriyor ancak Avustralya’da Monash Üniversitesi’nden araştırmacılar grafenin özelliklerini kullanarak grafen ile süperkapasitör teknolojisini birleştiren bir yöntem geliştirdiler.
Süperkapasitörler yeniden şarz edilen piller gibi enerji depolayan elektronik aygıtlardır ama bu enerji depolaması için kimyasal reaksiyonları kullanan pillerden farklı bir yöntemi izleyerek enerji depolarlar. Süperkapasitörler elektrik yükü taşıyan sıvı bir elektrolit ile kombine edilen yüksek saflıktaki karbondan oluşmaktadır. Süperkapasitörlerin en önemli avantajları neredeyse sınırsız bir ömre ve hızlı yeniden şarz olma becerilerine sahip olması şeklinde açıklanabilir. Dezavantajları ise düşük enerji yoğunluğu, hacmin enerji depolamaya oranı ki bu litre başına saatte yaklaşık 5-8 Watt yani sürekli şarz edilmesi anlamına gelir.
Monash Üniversitesi Malzeme Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Dan Ki ve araştırma grubu litre başına saatte 60 Watt’lık bir enerji yoğunluğuna sahip bir grafen süperkapasitör yaptılar. Ki bu değer bazı standart süperkapasitörlerden 12 kattan daha yüksektir.
Profesör yaptıkları çalışma ile ilgili olarak, bir çok ticari kullanımın giderek zorlaşan ihtiyaçlarını karşılamak için daha küçük, daha hafif ve kompakt süperkapasitörlerin yapılmasının zorlu bir iş olduğunu belirtti.
Grafen jel yüksek saflıktaki grafitin dönüştürülmesinden elde edilir. Photo: Monash University
Sıvı elektrolitler ve bir grafen jel film kullanarak, araştırma grubu sıvı elektrolitlerin geçebileceği nanometreden daha düşük bir ölçekteki grafen düzlemler arasındaki boşluğu kontrol ettiler. Bu grafen düzlemleri arasındaki çok küçük olan boşluğu kalıcı hale getirdikçe enerji yoğunluğunu yani elektrik iletimi de en üst düzeye çıkmaktadır. Bu nedenle bu boşluğun kontrolü önemlidir.
Endüstriyel kullanımda ölçeklenebilir olan düşük ve etkin maliyetli bir üretimi sağlayabilmek için bu malzeme geleneksel kağıt yapımına benzer bir metodoloji kullanılarak üretildi.
Süperkapasitörlerin avantajları elektrik aygıtları gibi inovasyonların değerlendirilmesi ile ve yenilenebilir enerji ile aynı yol haritasında kesişmektedir. Ancak süperkapasitörlerin dezavantajı da düşük enerji yoğunluğundan ileri gelmektedir. Grafen ile süperkapasitörlerin birleştirilmesi, enerji yoğunlukları açısında 12 katlık bir iyileştirme sağlayabilir ve bu da gelecekte grafen süperkapasitörlerin ticari ve endüstriyel sektörde faydalanılabilecek bir inovasyon olarak karşımıza çıkabileceği anlamına gelebilir.
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak:
http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=3661
Grafen malzemesi ile ilgili diğer yazılarımızdan seçtiklerimiz:
