Pil Spreylerle Herhangi Bir Yüzeyi Enerji Kaynağına Dönüştürme

Houston'daki Rice Universitesi'nde çalışan araştırmacılar, geleneksel pildeki her elementi tekrardan yapılandırıp sıvı haline dönüştürmek için yeni bir teknik geliştirdiler; böylece geleneksel piller gerçek anlamda herhangi bir şekil ve yüzeyin üstüne tabaka halinde sıkılabilir hale gelebiliyor.

Güvenilir lityum iyon piller modern dünyamızda bir çok elektrikli aygıta ve digital araç gereçlerimize güç kaynağı sağlıyor. Birçoğumuz, bunun pillerin dayanıklılığı ve yaygınlığına dair bir kanıt olduğunu düşünmüyor. Buna rağmen, 3D basım çağında, nanoteknolojiye ve diğer farklı türdeki küçük gereçlere adım atarken, ağır silindir ya da dikdörtgen tipi pilin kullanışı sınırlanmaya doğru gidiyor; fakat bunların hepsi değişmek üzere.Bu şarj edilebilir pil spreyler ince sıvı tabakalardan yapılmış ve geleneksel pilin tüm bileşenlerini taşıyor: İki akım taşıyıcı, katot, anot ve polymer ayrıştırıcı.

Araştırmacılar, şimdiye kadar başarılı bir şekilde seramik, cam, paslanmaz çelik ve hattâ kıvrımlı seramik bir bardağın üstünde bile güç kaynağı oluşturabilmişler. Nature Scientific Reports isimli dergide yayınlanan bir çalışmada, araştırma ekibinin pille kaplı dokuz adet banyo karosunu birbirine nasıl bağlayıp altı saat boyunca bir seri LED'e güç verebildiği ve sabit bir 2,4 Volt'luk güç elde edildiği anlatılıyor:

Takım lideri Pulickel Ajayan'ın Reuters'e verdiği demeçte, pillere verilen geleneksel şeklin artık güç saklama cihazları için yeni tasarım ve bütünleştirme olasılıklarına izin verecek çok daha esnek bir yaklaşıma yerini bırakacağını söylüyor. Tüm bu gelişmelere karşın, küvetinizi telefonunuzun şarj aleti olarak kullanma planı için çok erken; tekniğin hâlâ bazı sınırlamaları var. Özellikle, kullanılması zor olan sıvı elektrotlar ve işlemin oksijensiz ve kuru bir ortamda yapılması gerekliliği en önemli sebepler.

Tabii ki, her yeni teknolojide olduğu gibi, bu engeller zamanla aşılacak. Bu tekniğin yukarıda bahsettiğimiz 3D basımın olduğu ve gittikçe küçülen robotlu dünyada etkili olacağının görülmesi artık kolay. Araştırmacı Neelam Singh, Reuters'e yaptığı yorumda, gelecekte bu tekniğin güneş pilleri ile bütünleşik hale gelebileceği ve her yüzeye tek başına enerji yakalama ve depolama özelliği verebileceğini belirtti.Bu teknik düşünülen her bir nesneyi akıllı bir nesneye çevirmekte faydalı bir içerik olabilir.

Lityum İyon Pillerin Dolma Süresi Yarıya İniyor

ABD'li bilim adamlarının yeni geliştirdiği karışık matematiksel hesaplama algoritmaları, yeniden doldurulabilen lityum iyon pillerin dolma süresinin yarıya indirilmesinin ve üretim maliyetinin yüzde 25 oranında azaltılmasının önünü açtı.

Bilim adamları, lityum iyonlarının pilin içindeki yerlerini hesaplamak konusunda daha hassas veriler elde edilmesini sağlayarak pilin doluş süresini daha verimli hale getiren algoritmalar sayesinde pillerin doluş süresinin 15 dakikaya kadar indirebileceğine dikkati çekti. Söz konusu algoritmalar San Diego California Üniversitesi'ne bağlı Jacobs School of Engineering Yüksek Okulu'ndan bir araştırma grubu tarafından geliştirildi.

Profesör Miroslav Krstic ve Jacobs School Mekanik ve Uzay Mühendisliği Bölümü'nün doktora sonrası öğrencisi Scott Moura, buldukları algoritmalar ile ABD Enerji Bakanlığı'na bağlı ARPA-E araştırma kurumunun verdiği 460 bin dolarlık ödüle layık görüldü. Toplam 9,6 milyon dolarlık ödülün geri kalan kısmı ise hesaplama algoritmalarının daha da geliştirilmesi ve bu algoritmaları kullanacak teknolojilerin tasarlanması amacıyla otomotiv ürünleri tedarikçisi Bosch şirketive pil imalatçısı Cobasys şirketi arasında paylaştırıldı. Krstic, yaptıkları keşfe ilişkin yaptığı açıklamada, "Bu araştırma, matematik modellere dayalı, ileri hesaplama algotirmalarıyla pillerin daha hızlı dolmasına ve daha güçlü eletrik motorları üretilmesine imkan sağlayacak" dedi.

Eski teknolojide imalatçıların pilin durumunu ve sağlamlığını ölçmede çoğunlukla pil üzerindeki voltaj ve akımdan yararlandıklarını, ancak bunların son derece basit ölçümler olduğunu anlatan Krstic, bu ölçümlere dayalı üretilen aşırı tasarım ürünü büyük boyutlu pillerin daha ağır ve masraflı olmasının yanı sıra benzinle güçlendirilmiş araçlara oranla daha uzun sürede dolduğuna işaret etti. Japon otomobil şirketi Toyota'nın da yakın bir zamanda, tamamen elektrikle işleyen "eQ" adlı ikinci arabasının toplu üretimini, araçların pillerinin dolma süresinin uzunluğu da dahil olmak üzere elektrikli araç teknolojisinin güvenilirliğinden duyulan kaygılar nedeniyle iptal ettiği biliniyor.

Algoritmaların Faydası Ne?

Lityum iyon pillerinin daha verimli olması için pillerdeki voltaj ve akımı ölçmek yerine daha önce hiç düşünülmemiş bir yaklaşıma başvuran Krstic ve Moura, lityum iyon pilinin içinde fiziki olarak ne olup bittiğini hesapedebilecek gelişmiş algoritmalar tasarladı. Artı uç (anot), eksi uç (katot) ve bunları birbirinden ayıran 3 ayrı katmanın bulunduğu silindir biçimindeki lityum iyon pillerde, pil tamamen dolduğunda lityum iyonları artı uçta toplanıyor. Artı uçtaki iyonların 2 eksi ucahareketini zorlayacak şekilde tasarlanmış piller, iyonların artı uçtan eksi uca hareketleriyle bağlı bulundukları araca enerji veriyor. Pilin düzgün şekilde çalıştığını belirlemede iyonların artı uçta nerede bulunduğunun saptanması önem taşıyor.

Ancak bunun, son derece gelişmiş ekipmanlarla bile ölçülmesi son derece zor. İyon parçacıklarının yükünü sadece pilin voltajını ölçerek hesap etmek, tıpkı sinema girişinde bilet kesen biletçinin, hangi izleyicinin hangi koltuğa oturacağını sinema girişindeki sıranın hareket hızını izleyerek hesap etmeye çalışmasına benziyor. Bu benzetmede iyon parçacıklarını, çeşitli sıralardaki koltuklarına doğru ilerleyen seyirciler temsil ediyor.

Krstic ve Moura tarafından geliştirilen algoritmalar iyon parçacıklarının pil içindeki yerini hesaplamada kullanılıyor ve sinema salonu örneğinde olduğu gibi bu algoritmalar sayesinde sinemadaki tüm sıralar güvenli ve verimli birşekilde doldurulabiliyor. Söz konusu model sayesinde ayrıca, tıpkı sinemadaki hangi koltukların bozulduğunu ve tamir edilmesi veya yeni koltukla değiştirilmesi gerektiğinin hesaplamasında olduğu gibi zaman içinde pilin sağlamlığında oluşan değişiklikler hesap edilebiliyor.