Lityum iyon piller telefonlardan elektrikli araçlara kadar her yerde kullanılıyor. Ancak yüksek maliyet, tedarik sorunları ve yangın riski bu teknolojiyi özellikle büyük ölçekli enerji depolama için tartışmalı hale getiriyor. Çinli araştırmacılar şimdi daha ucuz, daha bol bulunan ve yanma riski taşımayan yeni bir seçenek sundu: tamamen demir tabanlı akış pili.
16 yıl kullanım ömrü hedefleniyor
Çin Bilimler Akademisi ekibi, su bazlı elektrolit kullanan alkalin yapıda bir demir akış pili geliştirdi. Araştırmacılara göre bu sistem, ölçülebilir kapasite kaybı olmadan 6 binden fazla şarj-deşarj döngüsünü tamamladı. Bu da günlük kullanımda yaklaşık 16 yıla denk geliyor.
Demir neden dikkat çekiyor?
Demir, dünyadaki en bol elementlerden biri. Ham madde olarak lityumdan yaklaşık 80 kat daha ucuz. Elbette bu, tamamlanmış bir batarya sisteminin doğrudan 80 kat ucuz olacağı anlamına gelmiyor. Depolama tankları, pompalar, membranlar ve güç elektroniği hâlâ ciddi maliyet yaratıyor. Yine de uzun süreli enerji depolamada en büyük giderlerden birini azaltma potansiyeli taşıyor.
Akış pilleri nasıl çalışıyor?
Bu sistem, klasik telefon ya da araç bataryalarından farklı. Enerji, harici tanklarda tutulan sıvı elektrolitlerle depolanıyor ve hücre sistemine pompalanıyor. Daha fazla kapasite için daha büyük tanklar kullanmak yeterli olabiliyor. Bu yapı, özellikle güneş ve rüzgar enerjisi santralleri için dikkat çekici hale geliyor.
Eski sorunlara yeni çözüm
Demir akış pilleri yeni değil. Ancak şimdiye kadar performans düşüşü, kimyasal bozulma ve elektrolit sızıntısı gibi sorunlar yüzünden sınırlı kaldılar.
Araştırma ekibi bu sorunu negatif elektroliti moleküler düzeyde yeniden tasarlayarak çözmeye çalıştı. 12 organik ligand ve 11 farklı demir kompleksi üzerinde çalışan ekip, en stabil yapı olarak [Fe(HPF)BHS]^4- bileşiğini seçti.
Bu yapı:
-
Demir merkezini daha iyi koruyor
-
Kimyasal saldırılara karşı direnci artırıyor
-
Membran geçişini azaltıyor
-
Pil ömrünü uzatıyor
-
Test sonuçları güçlü görünüyor
Laboratuvar testlerinde pil:
-
6.000’den fazla döngü tamamladı
-
Ortalama yüzde 99,4 coulombic verimlilik sağladı
-
Zirvede 392.1 mW cm⁻² güç yoğunluğuna ulaştı
-
Yüzde 78,5 enerji verimliliğini korudu
-
Yangın riski büyük ölçüde düşüyor
Bu sistemin en dikkat çekici taraflarından biri su bazlı elektrolit kullanması. Lityum iyon pillerdeki yanıcı organik çözücüler burada yer almıyor. Bu da batarya yangını ve patlama riskini ciddi şekilde azaltıyor.
Gerçek dünya testi hâlâ bekleniyor
Sonuçlar umut verici olsa da teknoloji henüz laboratuvar aşamasında. Ortada açıklanmış bir ticari üretim planı ya da pilot proje yok. Yani bu sistemin gerçek dünyada ne kadar başarılı olacağı henüz net değil.
Yine de ölçeklenebilirse, ucuz demir; güneşin olmadığı ve rüzgarın esmediği anlarda yenilenebilir enerjiyi depolamak için güçlü bir alternatif olabilir. Bu da enerji sektöründe lityumun karşısına ciddi bir rakip çıkarabilir.