Geleceğin elektrikli araçları, daha düşük sıcaklıklarda çalışabilen yeni bir hidrojen enerji depolama teknolojisi sayesinde mevcut lityum-iyon pillerini geride bırakabilir.
Japonya'daki bilim insanları, anot olarak magnezyum hidrür ve katot olarak hidrojen gazı kullanan, kristal yapılı katı-hal elektrolite sahip bir hidrojen pil geliştirdi. Bu pil, önceki katı-hal hidrojen depolama yöntemlerinin gerektirdiği 300-400 derece Santigrat sıcaklıkların aksine, sadece 90 derece Santigrat'ta çalışabiliyor.
Bu yeni hidrojen pilinin özellikleri, geleneksel termal yöntemler veya sıvı elektrolitlerle elde edilemeyen verimlilikler sunuyor. Bu da onu enerji taşıyıcısı olarak kullanıma uygun, etkili hidrojen depolama sistemleri için bir temel oluşturuyor.
Katı-hal bileşenlere sahip hidrojen pilleri ve hidrojen yakıt hücreleri zaten mevcut olsa da, bu piller yüksek çalışma sıcaklıkları gerektiriyor. Yakıt hücreleri ise lityum-iyon pillere kıyasla daha az verimli olup hidrojen gazını yüksek basınç altında depolama konusunda zorluklar yaşıyor. Ancak bu yeni geliştirilen hidrojen pil ile bilim insanları, magnezyum hidrür anotun tam teorik depolama kapasitesine ve oda sıcaklığında yüksek iyon iletkenliğine ulaşmayı başardı.
Sağlam Bir Temel
Bu hidrojen pilinin kalbinde katı elektroliti yer alıyor. Baryum, kalsiyum ve sodyum hidrürden oluşan bu elektrolit, görece düşük sıcaklıklarda hem yüksek elektrokimyasal kararlılık hem de özellikle hidrojen iyonları için yüksek iyon iletkenliği sunan kristal benzeri bir yapıya sahip.
Pil, çalışırken lityum-iyon pillerine benzer bir prensiple hareket ediyor. Ancak bu yeni pil, anot ve katot arasındaki iyon hareketinde pozitif yüklü iyonlar yerine, negatif yüklü hidrür iyonlarını kullanıyor ve bu iyonlar kristal yapıdan geçebiliyor.
Güç sağlarken (deşarj işlemi), katottaki hidrojen gazı kimyasal bir reaksiyonla hidrür iyonlarına dönüşüyor. Bu iyonlar elektrolitten magnezyum anoda doğru hareket ederek MgH²'yi oluşturuyor. Bu aşamada, elektron veren-alan reaksiyonları (redoks) gerçekleşiyor. Negatif yüklü anot elektron kaybederek bunları harici bir devre üzerinden katota gönderiyor. Katot net pozitif yük kazandığında, bağlı cihazlara veya sistemlere güç sağlanmış oluyor.
Şarj işlemi sırasında ise tersi gerçekleşiyor. Harici bir güç kaynağı kullanılarak redoks reaksiyonları tetikleniyor. MgH² anot, elektrolitten geçerek hidrojen elektrodunda oksitlenerek hidrojen gazı oluşturan hidrür iyonları salıyor. Bu süreçte elektronlar, H² elektrottan Mg elektrotuna akarak pil tam şarj olana kadar indirgeme reaksiyonunun gerçekleşmesini sağlıyor.
Bu pil tasarımı sayesinde, katı-hal bir hücrede hidrojen gazı talep edildiğinde depolanıp salınabiliyor. Gram başına 2.030 mAh depolama kapasitesine sahip olan bu teknoloji, lityum-iyon pillerin genellikle gram başına 154 ila 203 mAh kapasitesine kıyasla önemli bir üstünlük sağlıyor.
Çalışma sıcaklığının suyun kaynama noktasının biraz altında olması, bu tür bir pilin akıllı telefonlar veya dizüstü bilgisayarlar gibi günlük elektronik cihazlarda kullanıma henüz hazır olmadığını gösteriyor. Ancak bu gelişme, daha verimli ve kolay hidrojen depolama sistemlerinin önünü açabilir. Bu da zamanla elektrikli araçların, ağır olmaları, zamanla bozulmaları ve verimliliklerinin düşmesi gibi sorunlar yaşayan lityum-iyon piller yerine hidrojen pillerini benimsemesine olanak tanıyabilir.
Yüksek basınçlı sistemler, aşırı soğutma veya yüksek çalışma sıcaklıkları gerektirmeyen daha iyi hidrojen depolama çözümleri, hidrojenin yeşil enerji kaynağı olarak kullanımını daha da yaygınlaştırabilir. Bunun nedeni, fosil yakıtlara ve mevcut hidrojen bazlı güç sistemlerine kıyasla daha düşük bir karbon ayak izi sunabilmesidir.
Hidrojen, yeşil enerjiye geçişin en önemli yollarından biri olarak görülüyor. Ancak üretimi, depolanması ve enerji iletim sistemlerinde kullanımı hala niş bir alan olmaya devam ediyor. Eğer bu pil teknolojisi ölçeklendirilip üretime geçerse, geleceğin yakıtı olarak hidrojenin potansiyelini daha da artıracaktır.
