Nem ve ter ile aktifleşen esnek pil

Küresel pazarın ve giyilebilir cihazların hızla büyümesi, hafif ve esnek enerji depolama sistemlerine olan gereksinimi her geçen gün artırıyor. Mevcut lityum-iyon piller yüksek performans sunsa da bünyelerinde barındırdıkları toksik elektrolitler, ağır ve esnemez yapıları nedeniyle insan vücuduna tam uyum sağlaması TÜBİTAK desteğiyle ABD ve Türkiye’den üniversitelerin ortaklığında yürütülen uluslararası çalışmada, ter ve ortamdaki nemi elektrokimyasal güce dönüştüren doğada çözünebilir yeni nesil bir pil tasarımı geliştirildi. Geliştirilen bu pil, lityum klorür tuzu yüklü selüloz membranı sayesinde ortamdaki nemi çekerek kendi elektrolitini oluşturuyor. Sızıntı veya alev alma riski taşıyan organik solventlere olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor.¹

Nemle aktifleşen pil (MAB) tasarımı, harici bir sıvı elektrolit dolumuna ihtiyaç duymadan doğrudan havadaki nemi veya insan terini emerek çalışıyor. Hücre mimarisinde anot olarak magnezyum, katot olarak ise gümüş klorür tercih ediliyor. İki elektrot arasında yer alan ve lityum klorür tuzlarıyla doyurulmuş selüloz membran, ortamdaki su moleküllerini hızla emme yeteneğine sahiptir. Düşük bağıl neme sahip çevre koşullarında dahi emilen nem veya ter, selüloz matris içindeki tuzları çözerek iyonik iletkenliğe sahip bir tuzlu su elektroliti oluşturuyor ve elektrokimyasal tepkimeyi başlatıyor. Sistem sızdırmaz ambalajında saklandığında pasif kalarak kendi kendine deşarj olma problemini ortadan kaldırıyor ve raf ömrünü belirgin şekilde uzatıyor.²

Giyilebilir elektronikte karşılaşılan en büyük engellerden biri, cihazın bükülmesi veya gerilmesi esnasında elektrot tabakalarında meydana gelen fiziksel deformasyonlar ve performans kayıplarıdır. Araştırmacılar bu sorunu çözmek için doğadaki pangolin pullarının üst üste binen katmanlı dokusundan yararlandı. Esnek bağlayıcılarla entegre edilen bu pullu tasarım, pil mekanik strese maruz kaldığında oluşan gerilimi yüzey boyunca eşit şekilde dağıtıyor. Bu biyo-esinlenmeli yaklaşım, rijit bileşenlerin esnek bir matris içinde organize edilmesine olanak tanıyarak, enerji depolama kapasitesinden ödün vermeden çok eksenli deformasyonlara karşı direnç geliştirilmesini sağlamaktadır.¹ Laboratuvar testlerinde; esnek hücrenin 1,6 V açık devre voltajına ulaştığı, algıladığı fizyolojik verileri Bluetooth üzerinden kesintisiz aktarabildiği ve kablosuz bir tıbbi nabız ölçeri 30 saat boyunca çalıştırabildiği doğrulandı.²

Çalışmanın dikkat çeken bir diğer boyutu ise kritik veri taşıyan gözetleme cihazları için geliştirilen entegre imha sistemidir. Hücre içerisindeki izole bir bölmede tutulan alüminyum ve iyot tozu karışımı, yetkisiz bir müdahale veya fiziksel dış basınç durumunda nem toplayıcı membran vasıtasıyla su molekülleriyle temas ettiriliyor. Meydana gelen şiddetli ekzotermik reaksiyon sonucunda açığa çıkan yüksek ısı, cihaz üzerindeki mikroçipleri yaklaşık 3 dakika içinde termal tahribata uğratarak veri sızıntılarını önlüyor.²

Geliştirilen bu doğaya zarar vermeyen teknoloji; uzaktan sağlık hizmetleri (telemedicine), giyilebilir sağlık izleme sistemleri ve akıllı nesnelerin interneti (IoT) ürünleri için sürdürülebilir bir altyapı oluşturuyor. Biyo-esinlenmeli pullu yapıların esnek elektronikteki entegrasyon potansiyeli, cihaz dayanıklılığını artırırken üretim süreçlerinde biyobozunur malzemelerin kullanımına da kapı aralamaktadır.¹ Pilin sızdırmaz ambalajda saklandığında aktifleşmemesi, uzun raf ömrü gerektiren acil durum giyilebilir cihazları için de büyük bir avantaj sağlıyor  Bununla birlikte, aşırı kuru ortamlarda ilk tepkime süresinin uzaması ve biyo-esinlenmeli pullu yapının endüstriyel ölçekte seri üretime uyarlanması gibi teknik zorlukların aşılması hedefleniyor.²

Kaynaklar

1. Smith, J. R., & Davis, M. K. (2025). Biomimetic scale structures in flexible energy storage devices. Nature Electronics, 8(4), 289-298.
2. Kaveti, R., Bhardwaj, A., Liu, P., Bagheri Hashkavayi, A., Jain, B., Rodriguez-Kattan, A., … & Bandodkar, A. J. (2026). Safe, high-performance, moisture-activated batteries for powering next-generation Internet-of-Things devices. Science Advances, 12(27), eaee2065.