Çinli araştırmacılar, 1100 saatten fazla süreyle istikrarlı şarj-deşarj çalışmasını sürdüren yeni çinko-hava pilleri geliştirdi. Donghua Üniversitesi ve işbirliği yapan kurumlardan araştırmacılar tarafından geliştirilen esnek pil prototipleri, tekrarlanan bükülmeler altında bile performansını koruyarak güçlü mekanik sağlamlık sergiliyor.
Çinko hava bataryası için kullanım alanını genişletecek
Araştırmacılar, grafitik karbon nitrürü, çift kobalt aktif bölgesi barındıran bir karbon nanofiber ağıyla birleştiren bir p-n heterojunction katalizörü tanıttı. Araştırma ekibi, ışık ışınımı altında katalizörün oksijen indirgeme ve evrim reaksiyonlarını önemli ölçüde hızlandırdığını, bunun da hem sıvı hem de esnek çinko-hava pil konfigürasyonlarında daha yüksek güç yoğunluğuna, iyileştirilmiş enerji verimliliğine ve benzeri görülmemiş döngü stabilitesine yol açtığını belirtti.
Çalışma, şebeke ölçekli enerji depolama, giyilebilir elektronikler ve güneş enerjisi destekli güç sistemleri de dahil olmak üzere gerçek dünya uygulamalarına yönelik çinko-hava pillerini geliştirmek için çok yönlü bir strateji sunuyor. Oksijen elektrokimyasını artırmak için ışıktan yararlanarak, bu yaklaşım, değerli metallere dayanmadan enerji kayıplarını azaltıyor ve cihaz ömrünü uzatıyor. Araştırmacılar ayrıca çinko-hava pillerinin yüksek teorik enerji yoğunluğu, doğal güvenlik ve bol miktarda hammadde sunarak büyük ölçekli enerji depolama ve esnek elektronikler için cazip hale geldiğini vurguladılar. Bununla birlikte, gerçek dünyadaki uygulamaları, hava elektrotunda yavaş oksijen elektrokimyası nedeniyle kısıtlanmaktadır; bu da yüksek aşırı potansiyellere, sınırlı güç yoğunluğuna ve hızlı performans düşüşüne yol açmaktadır.
eScience’da yayınlanan araştırmanın temel yeniliği, tek bir hava elektrot mimarisi içinde fotoaktivite ve elektrokatalizin rasyonel entegrasyonunda yatmaktadır. Katalizör, iki tamamlayıcı kobalt aktif bölgesiyle gömülü, kendi kendini destekleyen bir karbon nanofiber çerçevesine bağlı grafitik karbon nitrür nano tabakalarından oluşmaktadır: karbon nanotüpler içinde kapsüllenmiş kobalt nanopartikülleri ve atomik olarak dağılmış Co–N₄ grupları. Çalışmaya göre, bu tasarım, ışığa maruz kaldığında yönlü yük transferini teşvik eden bir tip II p–n heterobağlantısı oluşturmaktadır.
Aydınlatma üzerine, fotogenerasyonla oluşan elektronlar, oksijen indirgeme reaksiyonunu yönlendirmek için iletken karbon iskeletine doğru hareket ederken, delikler bitişik bölgelerde oksijen evrim reaksiyonunu kolaylaştırır. Bu uzamsal ayrım, yük rekombinasyonunu bastırır ve reaksiyon enerji bariyerlerini düşürür. Elektrokimyasal ölçümler, ışık altında 0,684 V gibi oldukça küçük bir oksijen reaksiyonu aşırı gerilim farkını ortaya koyarak, birçok son teknoloji ürünü çift fonksiyonlu katalizörden daha iyi performans göstermektedir.