Toksik olmayan alüminyum-iyon piller üretiliyor

Avustralya ve Çin’deki bilim insanları, dünyanın ilk güvenli ve verimli toksik olmayan sulu alüminyum radikal pilini yapmayı umuyorlar.

Pillerin çoğunda kurşun, kadmiyum ve cıva gibi tehlikeli moleküller bulunur. Çöplüklere ya da başka yerlere atıldıklarında insanları ve hayvanları zehirleyebilir, toprağı ve suyu kirletebilir ve çevrede uzun süre kalırlar.

Dr. Kai Zhang ve Doç Zhongfan Jia, en çok kullanılan Lewis asit elektrolitinde Al(OTf)₃ ve pil testinde kararlı radikallerin elektrokimyası üzerinde araştırma yaptılar¹.

Grup, yanmaya ve hava koşullarına dayanıklı 1,25 V’lik sabit bir voltaj çıkışı olan su bazlı elektrolitler kullandı. Döngü başına yalnızca %0,028 zararla 800 döngü süresince 110 mAh/g kapasite sağlayan ilk alüminyum radikal pil tasarladı².

Flinders Üniversitesi’nden Profesör Zhongfan Jia, projeyi güvenli ve sürekli kılmak için gelecekte yumuşak paket pillerin (Bir polimer kabukla kaplanmış sıvı bir lityum iyon pil) üretiminde biyolojik olarak ayrılabilen ürünler kullanmayı planlıyor.

Profesör Jia, Al⁺³, Zn⁺² veya Mg⁺² gibi çok değerlikli metal iyon pillerin yer kabuğunda bol miktarda bulunan elementleri kullandığını ve lityum iyon pillere kıyasla çok daha yüksek enerji yoğunluğu sağladığını belirtti. Alüminyum en bol bulunan üçüncü elementtir bu sebeple alüminyum-iyon piller büyük ilgi gördü. Böylece alüminyum-iyon pilleri potansiyel olarak sürdürülebilir ve düşük maliyetli bir enerji depolama sistemi haline getirdiğini söyledi.

Alüminyum-iyon piller için en büyük zorluklardan biri, Al⁺³ iyon komplekslerinin yavaş hareketidir. Bu durum düşük katot verimliliğine sahip alüminyum-iyon pillere yol açar.

Organik konjuge polimerler, iyon taşıma sorununu ele almak amacıyla alüminyum-iyon pillerde ortaya çıkan katotlardır, ancak pil voltajının çıkış performansı zayıf kalmaktadır.

Kararlı radikaller, farklı organik pil sistemlerinde yaygın olarak kullanılan bir organik elektroaktif molekül sınıfıdır. Jia, daha önce organik hibrit alüminyum-iyon piller ve tamamen organik piller için radikal malzemeler geliştirmiştir. Bu radikal malzemeler, elektrolitlerdeki (elektro) kimyasal reaksiyonlarının anlaşılmaması nedeniyle alüminyum-iyon pillerde hiç uygulanmamıştır.

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2023-07-alu
2. Jiang, S., Xie, Y., Xie, Y., Yu, L. J., Yan, X., Zhao, F. G., … & Zhang, K. (2023). Lewis Acid-Induced Reversible Disproportionation of TEMPO Enables Aqueous Aluminum Radical Batteries. Journal of the American Chemical Society.