Yeni nesil su pillerinin yaşam limitini aşan yeni teknoloji.

Kimya ve Biyomolek moleküler Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Hee-Tak Kim liderliğindeki bir araştırma ekibi çinko elektrotlar ile aşınma sorunu tespit ve çözerek bildirilen tüm paslanmaz çelik akış pilleri arasında en iyi yaşam beklentisi ile çinko / brom akış pilleri (ZBBs) geliştirdi.

Profesör Kim, Kaist Nano-Fusion Araştırma Enstitüsü Gelişmiş Pil Merkezi başkanı, şöyle dedi: “Biz yeni nesil su pilleri yaşam sınırıaşmak için yeni bir teknoloji tanıttı. Sadece geleneksel lityum-iyon pillerdaha ucuz, ama yenilenebilir enerji genişlemesi ve yüzde 80’den fazla enerji verimliliği ile çalıştırabilirsiniz enerji depolama sistemlerinin güvenli kaynağı na katkıda bulunabilir.”

ZBB’nin 100 mA/cm2’lik yüksek akım yoğunluğunda bile 5.000’den fazla döngüde sabit bir kullanım ömrü olduğu bulunmuştur. Ayrıca, çinko-brom, çinko-iyot, çinko-demir ve vanadyum gibi eritroxia ile diğer çiftleri kullanan dünya çapında rapor edilen akış pilleri Redox (RFBs) ile karşılaştırıldığında daha yüksek üretim ve yaşam beklentisi temsil ettiği doğrulandı.

Son zamanlarda, yenilenebilir enerji kaynaklarının aralıklı doğasını tamamlamak ve maksimum güç talebini karşılamak için, yeni ve gece yarısı enerjisini büyük miktarlarda depolayarak ve gerekirse şebekeye sağlayarak enerji verimliliğini artırabilen enerji depolama sistemine (ESS) daha fazla önem verilmiştir.

Ancak, şu anda ESS’nin ana teknolojisi olan lityum-iyon piller (LIBs), doğal ateşleme ve yangın riski nedeniyle büyük miktarda elektrik depolayan ESS için uygun olmadığı için eleştirilmektedir. Aslında, Kore’de LIB kullanan 33 ESE vakası yangın kazası geçirdi ve tüm ESS tesislerinin %35’i kapatıldı. Bunun 700 milyardan fazla kayıpla sonuçlandığı tahmin ediliyor.

Çinko fidanlarının oluşumunu inhibe etmek
Yüksek yoğunluklu karbon defekti arayüzü ile çinko fidanlarının oluşumunu engellemek için teknolojiye genel bakış. Kaynak: KAIST

Sonuç olarak, RFB bazlı su büyük ilgi çekmiştir. Özellikle, ZBB’nin ultra düşük maliyetli bromür (ZnBr2) aktif madde olarak 1970’lerden bu yana esss için yüksek hücre gerilimi, yüksek enerji yoğunluğu ve diğer RFB’lere göre düşük fiyat avantajları ile geliştirilmiştir. Özellikle, çinko metallerin şarj ve boşaltma işlemi sırasında ki düzensiz “dendrite” geliştirme davranışı, ömrünü kısaltan dahili pil kısa devrelerine yol açar.

Araştırma ekibi, kendi kendine toplama düşük yüzey enerjisi ile karbon elektrot yüzeyinde çinko çekirdeklerinin yüzey difüzyon yoluyla meydana geldiğini kaydetti ve kendi kendine toplama kuantum mekaniği ve elektronik mikroskopi iletimdayalı bilgisayar simülasyonları yoluyla çinko dendrit oluşumunun önde gelen nedeni olduğunu bulundu. Buna ek olarak, çinko çekirdeklerinin yüzeydifüzyonunun bazı karbon hasar yapılarında askıya alındığını, böylece üretilmediklerinin arboretumlar olmadığı tespit edilebildi.

Karbon atomun çıkarıldığı tek boşluk defekti, çinko çekirdekleri ve elektronları değiştirir ve güçlü bir şekilde bağlanır, böylece yüzey difüzyonunu engeller ve tek tip nükleer üretim/büyüme sağlar. Araştırma ekibi ZBB’ye yüksek yoğunluklu fay yapısına sahip karbon elektrotlar uygulayarak, lib’lerden 30 kat daha büyük olan yüksek şarj akım yoğunluğuna (100 mA/cm2) sahip 5.000’den fazla çevrimin yaşam karakteristiklerini elde etti.

Uzun ömürlü güvenli ve ucuz redoks akış pilleri sürücü teknoloji ile özel sektöre yenilenebilir enerji gibi çevre dostu elektrik sağlayabilen bu ESS teknolojisinin bir kez daha dikkat çekmesi beklenmektedir.