Dünya, fosil yakıtlarına alternatifler ararken bilim insanları, yatırımcılar ve hükümet liderleri ucuz ve temiz enerji geliştirmenin yollarını arıyorlar. Rüzgâr türbinlerinin sayısı dünyanın birçok yerinde artmakta. Hükümetlerin yenilenebilir enerji kaynaklarını desteklemesi ve enerji tasarrufu bilinci olan tüketicilerin artmasıyla güneş panellerinin çatılarda görülmesi de yaygınlaşmakta.

Ancak, yenilenebilir enerji henüz fosil yakıtlarla yarışmak için gereken yüksek verim ve düşük fiyata ulaşamadı. Bunu göz önüne alan Ohio State Üniversitesi araştırmacıları, hem güneşten enerji üreten fotovoltaik panel hem de bu enerjiyi depolayan güneş pili gibi davranan yeni bir hibrit cihaz ürettiler. Kimya ve biyokimya Prof. Dr. Yiying Wunun düşünce ürünü bu yeni cihaz, hem güneş pillerinin hem de pil teknolojilerinin bazı sıkıntılarının üstesinden gelebilecek özelliklere sahip. Ekibin ilginç çalışması Nature Communications dergisinin Ekim 2014 sayısında yayınladı.

Job # 140425 Professor Yiying Wu, Chemistry Inventor of the solar battery Celeste Lab OCT-13-2014 Photo by Jo McCulty The Ohio State University
Prof. Dr. Yiying Wu

Güneş panellerinin eksikliklerinden biri; bulutlu günlerde ve gecelerde enerji üretim kaybı olması (Tıpkı rüzgârsız günlerde rüzgar türbinlerinin enerji üretimi kaybı gibi). Bu sebeple birçok ev sahibi çatılarındaki güneş panellerini elektrik sistemine de bağlamakta. Bu sayede geceleri ve bulutlu günlerde şebekeden elektrik enerjisi tüketilmekte. Bu sistem ideal değil; fazla enerjiyi depolayacak verimli pil sistemlerinin eksikliğini de ortaya çıkarmakta. Enerji-bağımsız evler için, enerjinin hem üretilip hem de daha sonra ihtiyaç halinde kullanılmak üzere depolanması gerekir. Öte yandan Dr. Wu’nun patent bekleyen cihazı, bizleri daha verimli merkezi güç jeneratörlerinin geliştirilmesine bir adım daha yaklaştırmakta.

Cihazın mevcut sistemleri iyileştirmesinin bir yolu da verimsiz enerji transferini gidermesi. Genellikle güneş panellerinde üretilen enerjinin yüzde 20’si pile giderken ya da pilde depolanırken kaybolmakta. Ancak bu yeni cihazın, güneş enerjisinden elektrik oluşturan fotovoltaik paneli ve güneş pilini bir cihazda birleştirmesiyle üretilen enerjinin neredeyse tamamı depolanabilmektedir.

Güneş Pili 11

Cihazdaki bir diğer gelişme de enerjinin depolanma şekli; cihaz, gelecek nesil Lityum-Hava (Li-air) denen bir lityum pil ya da lityum-oksijen pil kullanmakta. Günümüzde elektronik cihazların içinde kullanılan lityum pillerin çoğu Lityum-iyon (Li-ion) piller. Bu piller deşarj olurken lityum iyonların negatif elektrottan pozitif elektrota hareketiyle çalışır. Şarj olduklarında ise lityum iyonlar, negatif elektrota geri giderler.

Eski NiMH (nickel metal hidrit) ve kurşun-asit pillerine göre Lityum-iyon pilleri birçok avantaja sahip. Daha çok enerji yoğunluğuna sahipler, yani ağırlık başına daha fazla enerji depolayabilirler. Buna ilave Lityum – iyon piller kullanılırken deşarj olma oranı çok daha yavaş. Tüm bu avantajlara rağmen Lityum-iyon pillerde de hâlâ birçok sıkıntı yaşanmakta. Lityum-iyon piller çok defa şarj, deşarj olsa da kısa ömürlü ve ısıya duyarlı. Bu ve benzeri kısıtlanmalar sebebiyle 1970’lerin başından beri araştırmacılar Li-air pil teknolojisini iyileştirme üzerinde çalışıyorlar.

Dr. Wu ve ekibi daha önce potasyum-hava (K-air) pili geliştirmişlerdi ve bu projeyle Ohio State Üniversitesi’nden ve ABD Enerji Bölümü’nden maddi destek kazanmışlardı. K-air pilleri Li-ion pillerinden daha çok yoğun enerjiye sahip, yüzde 100 enerji verimli, ucuz ve toksik üretim yapmayan pillerdi. Grup tarafından üretilen Li-air pilleri, K-air pilleri taban alınarak ve potasyum yerine lityum kullanılarak geliştirildi. Ardından, araştırmacılar Li-air pil ile güneş pillerini birleştirmek ve enerji üretebilmek için birçok teknolojik engelin üstesinden geldiler.

pil

Bu piller, akım oluşturabilmek için oksijene ihtiyaç duyarlar. Ancak, güneş pillerinin çoğu hava geçirmez bir yapıya sahip. Bu sebeple ekip mikroskobik boyuttaki titanyum dioksit çubuklarından güneş enerjisini absorbe eden ve hava geçiren yeni bir pil tasarladı. Alınan güneş ışığı elektronlar üretiyor ve lityumperoksidi, lityum iyonlarına ayrıştırıyor, böylece pil şarj oluyor. Pilin kullanımı sırasında, yani pil boşalırken, havadaki oksijen lityum peroksidi tekrar dolduruyor.

Şimdiye kadar yapılan testlerde bu hibrit cihaz, enerji verimi ve güvenilirlik açısından ümit verici. Araştırmacılar cihazı yeni deneyler ve yeni malzemelerle geliştirmeye ve iyileştirmeye devam ediyorlar. Cihazı daha da geliştirebilmek ve piyasaya sürmek için lisanslamayı umuyorlar.

Li-air piller, 1970 yılında önerildikten sonra 1990’ların ortasına kadar bu konuda çok az bir gelişme mümkün oldu. Ancak o tarihten sonra yeni malzemelerin üretilmesi ile bu pillerin kullanılması mümkün hale geldi. Li-air pillerin yaygınlaşmadan önce çözülmesi gereken kendilerine mahsus sorunları olsa da son dört yılda bu konuda yayınlanan 400’ün üzerindeki makale ile bu alan umut vadetmeye devam ediyor.

10 yıldır teknolojik gelişmeler fosil yakıtlar üzerinde ilerlemekte, ancak günümüzde üretilen toksik maddelerle bu gelişmelerin bir bedeli olduğunu anlıyoruz. Dünya sadece yaşadığımız gezegen değil, aynı zamanda yaşamın sürdürülebileceğini bildiğimiz tek gezegen. Bu yeni cihaz insanlık için sadece küçük bir adım olsa da bol, güvenilir ve temiz enerjinin standart olacağı geleceğe doğru giden güzel bir ilk adım.

Kaynak: Singularity Hub