Günümüzde kullanılan standart piller, yanıcı bir sıvı elektrolit barındırdığı için özellikle elektrikli otomobil ve tüketici elektroniği endüstrisinde güvenlik riskleri taşıyor. Bu sorunu çözmek için geliştirilen 'katı hal' (solid-state) piller ise güvenlik ve yüksek enerji yoğunluğu sunmasına rağmen, yapılarındaki sert malzemeler nedeniyle tasarım kısıtlamalarına neden oluyordu. İsviçre'deki Empa laboratuvarlarında görev yapan araştırmacılar, bu çıkmazı silikon bazlı esnek bir polimer ile aşmayı başardı.
POLİMER OMURGASINA İYONİK DOKUNUŞ
Projenin çıkış noktası, ticari adıyla silikon olarak bilinen 'polisiloksan' malzemesi oldu. Ancak bu esnek bileşiğin pil araştırmaları için büyük bir dezavantajı vardı: Polar (kutuplu) olmayan yapısı nedeniyle yüklü parçacıkları (iyonları) çözemiyordu.
Araştırma ekibinin lideri Dorina Opris ve çalışma arkadaşları, polimerin 'omurgasına' özel fonksiyonel gruplar ekleyerek bu kimyasal engeli aştı. Yapılan müdahale sonucunda malzeme, avantajlı elastik özelliklerini kaybetmeden mükemmel bir iyon iletkenine dönüştürüldü.
TIBBİ İMPLANTLARDA VE GİYİLEBİLİR TEKNOLOJİLERDE YENİ ÇAĞ
Geliştirilen bu esnek elektrolit, özellikle medikal teknoloji endüstrisi (MedTech) için milyar dolarlık bir pazar potansiyeli taşıyor.
Dorina Opris, teknolojinin tıp alanındaki karşılığını şu sözlerle özetliyor: "Günümüzde kalp pili gibi tıbbi implantlar için kullanılan piller genellikle çok serttir ve hastalar için rahatsız edici olabilir. Geliştirdiğimiz esnek polimer sadece iletken bir elektrolit olarak değil, aynı zamanda katot için esnek bir bağlayıcı malzeme olarak da işlev görüyor."
Araştırmacılardan Can Zimmerli ise bu esnek polimerin farklı katot aktif malzemeleriyle birleştirilerek, giyilebilir teknolojiler başta olmak üzere çok çeşitli ticari uygulamalar için özelleştirilebileceğini belirtiyor.
SAF LİTYUM METAL ANOT İLE YÜKSEK ENERJİ YOĞUNLUĞU
Bu yenilikçi malzemenin ticari cazibesi sadece esnekliğinden ibaret değil. Araştırmacılar, katı polimer elektrolitin, anot için 'saf lityum metal' gibi alternatif ve çok daha verimli elektrot malzemelerinin kullanımına olanak tanıdığını vurguluyor. Bu durum, katı hal pillerinin hacim başına çok daha fazla elektrik depolayarak benzeri görülmemiş enerji yoğunluklarına ulaşmasını sağlıyor.
SANAYİCİLER İÇİN ÖLÇEKLENEBİLİRLİK VE MALİYET AVANTAJI
Şu anda silikon elektrolitin iyonik iletkenliğini daha da artırmak için laboratuvar testlerine devam eden ekip, teknolojiyi ticarileştirmek ve seri üretime geçmek için endüstriyel ortaklar (yatırımcılar ve üreticiler) arıyor.
Sistemin üretim maliyetleri açısından sanayiciye büyük avantajlar sunacağını belirten Opris, "Malzeme birkaç mikrometre kalınlığında ince filmlere işlenebiliyor ve tamamen ölçeklenebilir bir yapıya sahip. Endüstriyel ölçekte üretildiğinde, piyasadaki geleneksel katı polimer elektrolitlerden çok daha ucuz olacak" diyerek yatırımcılara açık bir çağrıda bulundu.
