Bilim insanları, esneyebilen, bükülebilen ve hatta fiziksel hasar gördüğünde kendini onarabilen devrim niteliğinde bir pil geliştirdi. Hidrojel tabanlı bu yeni batarya, geleneksel pillerde bulunan toksik bileşenler ve nem kaynaklı sorunları ortadan kaldırıyor. Araştırmacılar, pilin ne kadar dayanıklı olduğunu göstermek için onu keskin cisimlerle deldi, kesti ve agresif bir şekilde bükme testlerine tabi tuttu.
Geleneksel yumuşak lityum-iyon (Li-ion) piller, neme maruz kaldıklarında performans kaybına uğrayabilir ve içerdikleri toksik, yanıcı elektrolitler nedeniyle potansiyel güvenlik riskleri taşır. Bilim insanları, bu zorlukların üstesinden gelmek için flor içermeyen bir lityum tuzu ile bir elektrolit geliştirdiler ve bulgularını bir bilimsel çalışmada paylaştılar.
Hidrojel piller, su bazlı elektrolitler kullanır. Bu da onları yanmaz hale getirir ve Li-ion pillere kıyasla sızıntı veya patlama riskini azaltır. Geliştirilen esnek Li-ion pil prototipi, hidrojeli hem elektrolit hem de ayırıcı olarak kullanıyor. Flor içermemesi sayesinde bu piller çevre için daha güvenli ve insanlar için daha az toksik.
'İşkenceye' Dayandı
Ekip, prototip pilleri 'işkence' olarak tanımladıkları bir dizi senaryoda test etti. Cihazlar keskin bıçaklarla saldırıya uğradı, kesildi, delindi, büküldü ve aşırı ısı ile neme maruz bırakıldı.
Pil, bu zorlu testlere rağmen kararlı bir şekilde çalışmaya devam etti ve bir ay boyunca 500'den fazla şarj-deşarj döngüsü boyunca stabil performans gösterdi. Hidrojel, %50 bağıl nemde bile %19 su içeriğini koruyarak, katı bir ambalaja ihtiyaç duymadan pilin etkin bir şekilde çalışmasını sağladı. Buna karşılık, standart Li-ion piller güvenilir bir şekilde çalışmak için genellikle katı, hava geçirmez ambalajlara ihtiyaç duyar.
Kendi kendini onaran hidrojel, elektrolit ve elastomer paket, pilin kesildikten sonra bile orijinal kapasitesinin yaklaşık %90'ını geri kazanmasını mümkün kıldı.
Hidrojel pillerin su bazlı elektrolitleri, malzemenin yoğunluğunu azaltan polimerik yapılara dayanır, ancak bu durum şarj tutma kapasitesini sınırlayabilir. Li-ion piller kilogram başına 200 ila 300 vat-saat (Wh/kg) enerji yoğunluğuna ulaşabilirken, hidrojelli pillerin enerji yoğunluğu 50 ila 150 Wh/kg arasında değişir.
Geleneksel piller, elektrikli araçlar ve büyük ölçekli enerji depolama gibi yüksek enerji gerektiren uygulamalar için daha uygundur. Öte yandan hidrojelli piller, yeni nesil esnek elektronikler için daha idealdir. Bunlara esnek fitness takip cihazları, giysilere yerleştirilmiş biyosensörler ve sağlık monitörleri ile dahili ısıtma elemanları veya LED ekranları olan akıllı giysiler dahildir. Kendi kendini onarma özellikleri, bu cihazların kesintisiz çalışmasını veya değiştirilmesine gerek kalmamasını sağlar.
Esneklik ve kendi kendini onarma yeteneğine sahip bir pilin geliştirilmiş dayanıklılığı, uzay araştırmaları için de faydalı olacaktır. Ayrıca su geçirmezlik ve tuz toleransı gibi ek ihtiyaçları olan su altı robotları da bu teknolojiden yararlanabilir.
