Surrey Üniversitesi ve Bristol Üniversitesi’nden araştırmacılar, rüzgar ve güneş gibi öngörülemeyen kaynaklardan gelen karbonsuz yenilenebilir enerjiyi evcilleştirmek ve depolamak için yenilikçi cihazlar üzerinde çalışıyor.
Kritik olan iki tür depolama vardır
- Temiz depolanabilir kimyasal yakıt olarak yenilenebilir elektrik. Suyun elektrolizi yoluyla yenilenebilir elektrikten üretilen hidrojen, en iyi uzun vadeli çevresel olarak nötr kimyasal yakıttır. Gazla çalışan elektrik santrallerimizi ve birçok ulaşım sistemimizi ısıtmak için gaz kazanlarımızda hemen kullanabiliriz.
- Yenilenebilir elektrik, pilde değil, çevreye zararsız bir hücrede depolanır. Piller, çok etkili olmasına rağmen, nadir, maliyetli ve potansiyel olarak tehlikeli kimyasallara dayanır.
Surrey’deki Kimya Bölümü, orijinal olarak kontakt lens olarak kullanılmak üzere geliştirilmiş basit hidrofilik polimerleri dönüştürmek için Bristol, Profesörler Ian Hamerton ve David Fermin ve Surrey Araştırma Parkı’nda bulunan yenilikçi bir İngiliz Araştırma Şirketi olan Superdielectrics Ltd. ile birlikte çalışmaktadır.
Yirmi yıl önce Surrey Üniversitesi’nde, Dr. Donald Highgate (şimdi Superdielectrics Araştırma Direktörü), yeni bir yüksek verimli elektrolizör gerçekleştirmek için basit kontakt lens tipi polimerleri iyonik iletken membranlara dönüştürerek ilk atılımı yapmak için kimyanın büyüsünü kullandı. Suyu hidrojen ve oksijene ayırabilir. Bu, hidrofilik polimerlere dayalı ilk kritik enerji depolama teknolojisiydi.
Bugün Surrey’deki Kimya Departmanında Dr. Brendan Howlin tarafından yönetilen bir ekip, Bristol Kompozit Enstitüsü ve Bristol Üniversitesi Kimya Okulu ile birlikte Süperdielektrikler ile birlikte çalışmakta ve daha ileri bir modifikasyona dayalı yeni süper kapasitörlerin geliştirilmesine öncülük etmektedir.
Elektriksel olarak aktif hale getirmek için tasarlanan hidrofilik polimerlerin bu gelişmeleri, elektrikli arabaların dakikalar içinde şarj edilmesini görebilen yeni nesil süper kapasitörlerin tasarımının arkasındadır.
Elektrik depolamak
Lityum-iyon piller, öncekilere göre büyük bir gelişme olmasına ve cep telefonlarını taşımamıza ve elektrikli araba kullanmamıza olanak sağlamasına rağmen, karbon emisyonlarını azaltmada ilerlemeyi engelleyen büyük dezavantajlara sahipler. Lityum iyon pillerin şarj edilmesi ve boşaltılmasıyla ilgili kimyasal süreç uzun zaman alır ve yapılarında nadir ve maliyetli elementler gerektirir. Lityum iyon pillerin performansı sıcaklığa çok bağlıdır (yani kışın iyi çalışmazlar) ve kullanımda bozulurlar. Bu hem üretim sürecinde hem de bertaraf edildiklerinde önemli bir çevresel ayak izine sahip oldukları anlamına gelir.
Buna karşılık, süper kapasitörler enerjiyi bir elektrik alanı olarak depolarlar, böylece depolama sürecinde zamana veya sıcaklığa bağlı kimyasal reaksiyonlar olmadığından enerjilerini çok hızlı bir şekilde şarj edebilir ve boşaltabilirler. Surrey ve Bristol’de geliştirilen yeni tasarımlar, yaygın malzemelerden ucuza yapılabilir ve neredeyse süresiz olarak yeniden kullanılabilir. Yaygın olarak bulunan malzemeleri kullanma yeteneği, yüksek hacimler üretirken kaynak darboğazlarını ortadan kaldırmak ve hem üretim sürecinde hem de kullanım ömrünün sonunda minimum çevresel ayak izi elde etmek için kritik öneme sahiptir.
İlerleme devam ediyor
Surrey Üniversitesi araştırmacıları, bu yeni modifiye hidrofilik polimerlerin (Profesör Hamerton ve Dr. Howlin tarafından ortaklaşa yürütülen) icadına dahil olduklarında, yeni polimerlerinin potansiyelini araştırırken, bunun elektrik depolamak için olağanüstü bir yeteneğe sahip olduğunu belirlediler. Bir süper kapasitörde ayırıcı olarak kullanarak, ticari süper kapasitörlere kıyasla kritik süper kapasitör özelliklerini (kapasitans) on kattan fazla artırmayı başardılar. Daha fazla ilerleme sağlamak için araştırmalar devam ediyor.
İklim değişikliği üzerindeki etkisi
Yenilenebilir enerjinin zamanla değişen doğası, tutarlı bir elektrik tedarikini garanti etmek için depolamanın gerekli olduğu anlamına gelir. Rüzgâr ve güneş çiftliklerine bağlanan süper kapasitörler uzun süredir çözüm olarak görülüyor, ancak teknoloji yeterince gelişmedi. Surrey ve Bristol üniversitelerinde yürütülen araştırma ve bu araştırma için ticari uygulamalar geliştirmek üzere araştırmayı görevlendiren şirket olan Superdielectrics tarafından yapılan çalışma, bu kritik öneme sahip çözümün yakın olduğu anlamına geliyor.
Süper kapasitörler ile hızlı araç şarjına da cevap veren bu çalışma, daha yeşil bir dünyaya doğru son derece önemli bir adım atma potansiyeline sahiptir.
