Antik dönemlerin aksine günümüzde enerjinin elde edilerek kullanılması, insan yaşamı açısından en önemli ihtiyaçlardan biridir. Fakat tükenen fosil yakıtlar nedeniyle, gelecekte çok ciddi bir enerji krizi kapımızın önünde bizleri bekliyor. Enerjinin depolanarak taşınması süreçlerinde de çevremize zarar vermeye devam ediyoruz. Temiz, yani sürdürebilir ve yenilenebilir enerji, enerji teknolojilerinin öncelikli hedefidir.
Elektrokimyasal Enerji Depolama Sistemleri
Bu ihtiyaçları karşılamak için elektrokimyasal enerji depolama sistemleri mevcuttur. Bu elektrokimyasal enerji depolama aygıtları, yük transferinin gerçekleştiği bir elektrolit ve elektrotlardan oluşur. Bu sistemlerde nano yapıda malzemelerin kullanılması, daha fazla işlevsellik ve verimlilik açısından muazzam avantajlar sağlar. Nano yapıları nedeniyle, bu malzemeler enerji depolama teknolojilerinde büyük olanaklar ve benzersiz özellikler ortaya çıkarmaktadır.
Grafen, bir atom kalınlığında olan iki boyutlu bir nano yapıdır. Grafen içindeki karbon atomları, onlara eşsiz özelliklerini veren yoğun bir bal-petek yapısında sp2 olarak bağlanmıştır. Yüzyılın harika malzemesi olan grafen, malzeme bilimlerinde ve teknolojik uygulamalarında devrim yarattı. Grafenin benzersiz özellikleri arasında 'yüksek yapısal taşıyıcı mobilite (200000 cm2 V-1 s-1), olağanüstü termal iletkenlik (5000 W m-1 K-1, bakırdan 10 kat daha iyi),% 97.7' lik mükemmel optik geçirgenlik, yüksek Young modülü (1.0 TPa), yüksek mekanik dayanım , mükemmel esnekliğe sahip yüksek çekme dayanımı ve ultra yüksek yüzey alanı (teorik olarak 2630 m2 g-1) sayılabilir. Bu olağanüstü ve benzersiz özellikler grafeni uygulama çeşitliliği için en uygun malzeme haline getirir ki bu uygulamalardan biri de enerji depolama teknolojisi alanındadır.
 |
| Grafen Enerji Depolamada Gelecek Vaadeden Tek Boyutlu Bir Malzemedir. |
Grafenin diğer nanoyapılara göre bir üstünlüğü de büyük ölçekli endüstri ve uygulama alanlarında kontrollü imalat ve üretime imkan vermesidir. Ayrıca, grafen üretimi daha düşük maliyetlerle gerçekleştirilir.
Araştırmacılar Oleg Yazyev ve Yong Chen'e göre " Geniş alanlı grafen filmler genellikle polikristaldir. polikristalin grafenin özellikleri tane sınırına ve diğer kusurlara hassas bir şekilde bağlıdır”.
Enerji Depolama Uygulamalarında Grafen
Yığılmış grafen levhalarda olduğu gibi çok miktarda grafen içeren yapılarda kusur ve boşluklar bulunur. Sentezleme yöntemi nedeniyle bu tür yapılara indirgenmiş grafen oksit ya da işlevsel hale getirilmiş grafen levhalar ismi verilir. Enerji depolama uygulamalarında aranan en önemli özellikler grafen malzemelerde mümkün olduğu gibi yüksek enerji ve/veya güç yoğunluğu, uzun döngüsel ömür, ve çevre dostu oluştur. Tüm bunlar nedeniyle grafen enerji depolama araştırmalarında çok önemli bir yer tutar.
Elektrokimyasal bir kondansatör (veya süper kapasitörlerde veya ultrakapasitörlerde ) enerji, hızlı bir şarj ve deşarj yoluyla karbon yüzey ile elektrolit arasındaki iyonlar üzerinde depolanır. Grafen ile, istenen yüksek yüzey alanı ve mükemmel elektriksel iletkenlik kombinasyonu sağlanabilmektedir. Bu, süreç levhaların yüzeyinde ve kenarlarında iyonların tutunmasıyla (adsorpsiyonuyla ) birleşerek sürekli olarak değişen potansiyelleri mümkün kılarak grafenin elektrokimyasal kapasitörler için harika bir malzeme özelliği sergilemesini sağlar.
Grafen ayrıca elektrokimyasal iletkenliği arttırmak için elektrotları işlevselleştirmede kullanılır. Lityum-iyon piller, süper kapasitörler ve diğer şarj edilebilir piller (örneğin, lityum-kükürt (Li-S), lityum-oksijen (Li-O2) ve sodyum-iyon (Na-iyon) kimyasalları) günümüzde yaygın enerji depolama aygıtlarıdır . Grafenin Lityum-iyon bataryalar ve süper kapasitörlerle melezlenmesi bu enerji depolama sistemlerinin performansını arttırmıştır. Bu şekilde enerji uygulamalarındaki en büyük engellerden biri olan şarj / deşarj verimliliğini arttırılmış olur.
 |
| Çok Yakın Bir Gelecekte Grafen Tabanlı Süper Kondansatörler Günlük Hayatımızın Bir Parçası Haline Gelecek.. |
Böylesi umut vadeden özellik ve olanaklar beraberinde bir soruyu gündeme getiriyor; Grafen teknolojileri şu anda ticarileşmeye hazır mı? Güvenlik endişeleri özellikle bu teknolojilerin günlük hayatta genel kullanıma dahil olmasının öncesinde giderilmesi gereken bir konu. Ne var ki grafenin enerji uygulamalarında kullanılmasının önünde birkaç engel bulunuyor. Düşük maliyetli , büyük ölçekte ve yüksek kaliteli ürün üretme süreçleri henüz iyi denetlenen ve standartlaştırılmış değiller. Grafen üretimi halen diğer geleneksel batarya ve kondansatörlerle kıyaslandığında pahalı kalmaktadır. Genel yaklaşım olarak grafen sık sık, etkin yüzey alanının azalmasına neden olacak şekilde levhalar halinde yığılır. Bu da katman oluşumuna neden olarak iyon ve elektron taşınmasını engeller.
Pasifik Northwest Ulusal Laboratuvarı’ndan Jun Liu isimli araştırmacının 2014 yılındaki ifadesiyle ;
Grafen kondansatörler gelecekte hızlı cevap zamanı (milisaniyeler), yüksek verimlilik (% 95 üzeri), yüksek güç, uzun periyodik işletme süresi (binlerce çevrim), frekansta arz ve talep arasındaki dengesizlikten ötürü geniş aralıkta çalışmanın gerekli olduğu şebeke uygulamalarına çok aranan bir devre elemanı olacaktır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder