Enerji depolamada devrim: Nanometrelik ‘Girdaplar’ şarj süresini kısaltacak

Alman araştırma ekibi, enerji depolama cihazlarındaki nano boyutlu boşluklarda şarj işlemini hızlandıran ‘minik girdaplar’ keşfetti. Daha önce bilinmeyen bu fiziksel fenomen, kobalt gibi değerli metallere ihtiyaç duymayan süperkapasitörlerin verimliliğini artırarak yenilenebilir enerji sektörüne ivme kazandıracak.

Küresel enerji dönüşümünün en kritik halkası olan ‘depolama’ teknolojilerinde ezber bozan bir gelişme yaşandı. Güneş ve rüzgar enerjisindeki dalgalanmaları dengelemek için hayati önem taşıyan depolama sistemleri, TU Darmstadt Nano ve Mikroakışkanlar Enstitüsü’nün Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri'nde (PNAS) yayımlanan araştırmasıyla yeni bir boyut kazandı.Araştırmacılar, süperkapasitörlerin içindeki mikroskobik gözeneklerde oluşan ve bugüne kadar fark edilmeyen akış hareketlerini (konveksiyon) haritalandırarak, şarj sürelerinin nasıl kısaltılabileceğini ortaya koydu.PİLLERİN AKSİNE DEĞERLİ METAL GEREKTİRMİYORGeleneksel şarj edilebilir piller, enerjiyi kimyasal olarak depolayarak yüksek yoğunluk sunsa da uzun şarj süreleri ve kobalt gibi pahalı hammaddelere bağımlılıkları nedeniyle dezavantaj yaratıyor. Buna karşın süperkapasitörler, enerjiyi ‘elektriksel çift katmanlarda’ fiziksel olarak depoluyor.İki elektrot arasına voltaj uygulandığında, iyonların nano kalınlıktaki katmanlarda birikmesi prensibiyle çalışan bu sistemler, kimyasal reaksiyon gerektirmediği için saniyeler içinde şarj olabiliyor. Ancak iyonların hareket hızı, şarj süresini belirleyen temel faktör olarak kalmaya devam ediyordu.ŞARJ SÜRESİ HESAPLAMALARINDA YÜZDE 90 HATADr. Aaron Ratschow ve Alexander Wagner liderliğindeki ekip, karmaşık bilgisayar simülasyonları kullanarak tek bir gözenekteki yüklenme sürecini inceledi. Bugüne kadar iyonların sadece rastgele moleküler hareket (difüzyon) ve elektrik alanları (elektromigrasyon) ile taşındığı varsayılıyordu.Ancak yapılan analizler, ‘konveksiyon’ adı verilen taşıyıcı akışın süreçte belirleyici rol oynadığını kanıtladı. Tıpkı ısınan havanın yükselmesi gibi, gözenek duvarı boyunca içeri akan sıvı, merkezden dışarı doğru ters bir akım yaratarak bir sirkülasyon oluşturuyor. Araştırmacılar, bu etkinin ihmal edilmesi durumunda şarj süresi tahminlerinde yüzde 90’a varan hatalar meydana geldiğini belirledi.GELECEĞİN ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMLERİ İÇİN YOL HARİTASIBu keşif, sadece teorik bir düzeltme olmakla kalmayıp, endüstriyel tasarım için yeni bir matematiksel model sunuyor. Araştırma ekibi, gözenek geometrisi, malzeme seçimi ve çalışma voltajının bu yeni bilgi ışığında optimize edilmesiyle, süperkapasitörlerde çok daha hızlı şarj işlemlerinin elde edilebileceğini vurguluyor.Kobalt ve lityum gibi stratejik metallere olan bağımlılığı azaltma potansiyeli taşıyan süperkapasitörlerin, bu keşifle birlikte elektrikli araçlardan şebeke dengeleme sistemlerine kadar daha geniş bir alanda rekabetçi hale gelmesi bekleniyor.