Yenilikçi tasarımıyla çok hücreli foto-süperkapasitörler

Fosil yakıtların zararlı etkilerini azaltmak daha çevreci yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmemiz gerekiyor. O enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi son zamanlarda yapılan teknolojik gelişmeler ve düşen maliyetlerle beraber öne çıkıyor. Fakat güneş enerjisinin kesintili yapısından kaynaklı o enerjiyi depolamak öncelikli bir problem halini aldı. Bu sebeple geliştirilen foto-süperkapasitörler enerjiyi hem depolayıp hem de üretmesiyle sektörde dikkat çeken cihazlardan biri. Bu avantajlarına rağmen enerji yoğunluğu ve ışık toplama kapasitesindeki yetersizliği geliştirilmeye devam edilen noktalar arasında.¹

Geleneksel enerji dönüştürme ve depolama sistemlerinde ya bir güneş paneli ile bir süperkapasitör dışarıdan kablolarla birbirine bağlanıyordu ya da ışık toplayan ve enerji depolayan tüm malzemeler tek bir elektrot (tandem elektrot) üzerinde karıştırılıyordu. Ancak bu gibi tandem elektrot tasarımlarında, elektronların rekombine olması bu cihazın verimini azaltabiliyordu. Araştırmacılar bu sorunları çözmek için, malzemeleri tek bir katmanda toplamak yerine UV ve görünür ışığı iyi şekilde toplayan bileşikleri çinko oksit (ZnO) ve grafitik karbon nitrür g-C₃N₄ ile enerjiyi depolayan yüksek kapasiteli bileşiği mangan dioksit (MnO₂) bağımsız hücreler halinde kullandılar. Ayrıca sıvı elektrolitler yerine, polivinil alkol/lityum klorür (PVA/LiCl) bazlı iyonik bir polimer jel kullanıldı. Bu yarı katı hal yapı, elektrotların çözünmesini engelleyerek cihazın kullanım ömrünü artırmada katkı sağladı.²

Bu sistemde kullanılan 3 ana malzeme aşağıdaki yöntemlerle üretilmiştir:

• g-C₃N₄ , görünür ışığı yakalama özelliği olan grafitik karbon nitrür, doğrudan ürenin kalsinasyonu ile elde edilmiştir.
• Güçlü bir UV toplayıcısı olan ZnO bileşiği de etil alkol bazlı kimyasal karışımın yüksek basınçlı çelik reaktörlerde 180 °C reaksiyona sokulması ve sonrasında uygulanan aşamalı fırınlanmasıyla üretilmiştir.
• Enerji depolamasında kullanılan MnO₂, sulu kimyasal reaksiyonların yüksek basınç ortamında gerçekleştirilmesi ve atmosferik koşullarda uygulanan ısıl işlemlerle sentezlendi.

Sistemdeki bir başka dikkat çeken kısım, elektrotların çözülmesini engelleyerek cihazın ömrünü artırmanın yanında sıvı sızıntısı sorununa çözüm yolu olan yarı katı iyonik jeldir. PVA/LiCl’nin saf su içerisinde 85 °C sıcaklıkta homojen bir şekilde karıştırılmasıyla elde edilen jel, bu sistemde önemli bir görev üstleniyor.

Üretim kısmından sonra yapılan taramalı elektron mikroskobu ve azot adsorpsiyonu gibi testlerle malzemelerin nanometrik yapısının ve yüksek yüzey alanlarının istenilen düzeyde olduğu doğrulandı. Yapılan analizlerle bu çok hücreli tasarımın elektron rekombinasyonunu engellediği, dolayısıyla kapasiteyi kayda değer bir biçimde artırdığı düşünülüyor. Gerçek hayat testleri de laboratuvar bulgularıyla örtüşür nitelikte. Sadece 5 dakika boyunca güneş ışığına maruz bırakılan bu yeni nesil foto-süperkapasitörler dijital bir masa saatini 30 dakika boyunca kesintisiz çalıştırmayı başardı. 2,5 V ile şarj edildiğinde kırmızı bir LED lambayı da 75 saniye çalıştırabildi.

Kaynaklar

1. Muralee Gopi, C. V., & Ramesh, R. (2026). Photo-assisted rechargeable supercapacitors and applications. RSC advances, 16(28), 25833-25864.
2. Saini, P., Yadav, J. K., Rani, B., & Dixit, A. (2025). Photorechargeable supercapacitors (PRSCs): recent advances from materials to devices. ACS Applied Energy Materials, 8(11), 6768-6805. 
3. Colak, T. O., Yaman, E., Altaf, C. T., Sankir, M., & Sankir, N. D. (2026). Multi-cell quasi-solid-state photo-supercapacitor integrating ZnO, ZnO/g-C₃N₄, and MnO₂ for simultaneous light harvesting and energy storage. Scientific Reports.