Araştırmacılar yüksek kapasiteli yeni bir depolama cihazı yaptılar. Bu cihaz hem esnek hem de oldukça dayanıklı ve çok küçük alanlarda çok fazla elektrik depolamaya izin vermekte. Bu köpük benzeri piller ve süper kapasitörler, ağaç liflerinden elde edilen aerojel adlı malzeme ile yaplıyor. Günümüz pillerinden farklı olarak 3 boyutlu (3B) yapılar oluşturmak, esnek uzatılarak ve farklı şekilli malzemeler oluşturmak için kullanılabilecek.

Yumuşak elektroniklerin mucidi Profesör Lars Wågberg ve Standford Üniversitesi’nden öncü pil araştırmacılarından Profesör Yi Cui önderliğinde yapılan çalışma, İsveç KTH’de Wallenberg Wood Bilim Merkezi’nde yapılıyor. ABD’de Standford Üniversitesi’nde ve İsveç KTH Royal Institute of Technology’de araştırmacı olan Max Hamedi basın bülteninde, “Bir pilin ne kadar ince olabileceği limitlidir ancak bu 3 boyutta söz konusu değildir” diyor. Ayrıca, “Artık iki boyuta mahkum değiliz, 3B ile çalışabiliriz. Böylece normal pillerden farklı olarak daha çok gücü daha küçük alana sığdırabiliriz” diye de ekliyor.

Çalışma sonuçlarının Nature Communications Dergisi’nde yayınlanmasından birkaç gün sonra bir diğer çalışma grubu odundan doğada çözünebilen işlemci yaptı. Hamedi “Ağaçlardan ve selülozdan inanılmaz malzemeler yapmak mümkündür” diyor.

Bir milyon kez daha ince

Piller ve pillerden çok daha hızlı güç depolayıp bırakabilen süper kapasitörler odun tabanlı aerojelden yapılmıştır. Bu aerojelin oluşturulması için ekip önce ağaçlardan elde edilen liflerden selüloz elde etti, böylece yaklaşık bir milyon kez daha inceltmiş oldular. Ardından bu nano-selülozu çözdüler ve dondurarak kuruttular. Böylece malzeme sıvı hale dönüşmeden, nem buharlaşır. Malzemenin içindeki moleküller dengeli hale gelir, dolayısıyla çökmez. “Sonuç hem kuvvetli hem hafif hem yumuşak bir malzemedir” diyor Hamedi. “Elde edilen malzeme yataklarda kullanılan esnek dolgu maddesini andırsa da biraz daha sert, daha hafif ve daha gözenekli. Kırmadan dokunmak mümkün” diye belirtiyor. Bu aerojelin bir pil gibi davranabilmesi (elektronik özellikleri kazanması) için aerojel elektrik iletken özel bir mürekkeple kaplanıyor. Ekip, bu malzemeyi taban kullanarak, 3B karbon nano-tüplü elektrotlu, süper kapasitörleri ve hibrit pili ortaya çıkardı ve hem pilin hem de süper kapasitörün işlevsel durumda olduğu yayınlandı.

Lars Wågberg
Lars Wågberg

“Üç boyutlu gözenekli malzemeler elektrod yapmada engel olarak görülmekteydi, ancak biz bunun bir sorun olmadığını, hatta bu tür yapıların ve malzeme yapısının, pil tasarımına esneklik ve özgürlük getirdiğini ispatladık” diyen Hamedi, yüzey alanı olarak da “Malzemeyi insan akciğerine benzetiyor ve eğer açılabilseydi bir futbol sahasını kaplardı diyor. Benzer olarak 1 desimetre küplük pil malzemesi de bir futbol sahasının neredeyse tamamını kaplar” diye belirtiyor.

Bu buluşun cihazlarda kullanılmaya başlanması için henüz erken olsa da yakın gelecekte elektrikli arabalar tek şarjla çok daha uzun mesafeler alabilecekler. Yeni pil, darbeye ve basınca dayanıklı olduğundan, esnek elektronikte de çığır açacağa benziyor. Hamedi “Aerojel pillerin elektrikli arabalarda olduğu kadar giysilerde de astar olarak kullanılabileceğini” ifade ediyor. Yani bu teknolojinin, yakın gelecekte popüler olacak giyilebilir teknolojinin geliştirilmesine de katkıları olması bekleniyor. Mesela; akıllı saatinizi ya da telefonunuzu giysinizle şarj etmeniz mümkün olabilecek.

Kaynak: The Royal Institute Technology, Science Daily