Bilim insanları sodyum-iyon bataryalarla ilgili uzun süredir kabul edilen bir yaklaşımın tersini ortaya koyan yeni bir keşif yaptı. Yapılan çalışmada katot malzemesindeki suyun uzaklaştırılması yerine korunmasının batarya performansını belirgin şekilde artırdığı belirlendi. Araştırma sodyum-iyon pillerin enerji depolama kapasitesini yükseltirken aynı anda tuzlu sudan tuz uzaklaştırabilen bir sistem oluşturabildiğini gösterdi.
Sodyum-iyon piller hem daha fazla enerji depoluyor hem de suyu arıtıyor!
İngiltere’deki Surrey Üniversitesi araştırmacıları nanoyapılı sodyum vanadat hidrat (NVOH) adı verilen katmanlı bir sodyum bazlı bileşiği inceledi. Bu malzeme kristal yapısında doğal olarak su molekülleri barındırıyor.
Batarya mühendisliğinde yıllardır uygulanan yöntem ısıl işlemle bu suyu uzaklaştırma üzerine kuruluydu. Çünkü suyun malzeme kararlılığını zayıflattığı düşünülüyordu.
Araştırma ekibi bu varsayımı test etti ve farklı bir sonuç elde etti. Suyu korunan katot malzemesi, kurutulmuş versiyonuna göre daha yüksek enerji depolama kapasitesi ve daha iyi şarj performansı gösterdi. Çalışma Journal of Materials Chemistry A dergisinde yayımlandı.
Laboratuvar testlerinde NVOH katodu, geleneksel sodyum-iyon katotlarına kıyasla yaklaşık iki kat daha fazla yük depoladı. Malzeme 400’den fazla şarj döngüsü boyunca yüksek enerji koruma oranını sürdürdü ve yapısal stabilitesini korudu. Ayrıca daha hızlı şarj oldu ve daha yüksek kapasiteye ulaştı.
Araştırmacılar, performans artışının iyon hareketliliğiyle ilişkili olduğunu belirledi. Katot içindeki su molekülleri, sodyum iyonlarının katmanlar arasında daha rahat hareket etmesini sağladı.
Bu durum reaksiyon kinetiğini hızlandırdı ve enerji yoğunluğunu yükseltti. Böylece batarya tasarımında yıllardır uygulanan malzemeyi tamamen kurutma yaklaşımı sorgulanmış oldu.
Çalışma sırasında başka bir özellik daha ortaya çıktı. Batarya tuzlu su ortamında çalıştırıldığında yalnızca enerji depolamakla kalmadı, aynı zamanda sudaki sodyum iyonlarını uzaklaştırdı. Grafit elektrot ise klorür iyonlarını çekti. Bu süreç elektrokimyasal tuzdan arındırma etkisi oluşturdu ve batarya çalışırken su arıtımı gerçekleşti.
Elde edilen sonuçlar sodyum-iyon pillerin yalnızca enerji depolama sistemi olarak değil, aynı zamanda su arıtma teknolojisi olarak da kullanılabileceğini gösteriyor. Araştırmacılar uzun vadede deniz suyunun elektrolit olarak kullanılabildiği ve aynı süreçte tatlı su üreten sistemlerin geliştirilebileceğini ifade ediyor.
Sodyum elementi lityuma kıyasla çok daha bol ve daha düşük maliyetli bulunuyor. Bu nedenle sodyum-iyon teknolojisi özellikle şebeke ölçekli enerji depolama ve yenilenebilir enerji entegrasyonu için önemli bir alternatif. Ayrıca karmaşık ısıl işlemler yerine suyun doğal kimyasından yararlanılması üretim maliyetini ve çevresel etkiyi azaltabilecek bir yöntem.
