Daha güvenli ve daha sürdürülebilir piller arayışı, bilim insanlarını vitamin kimyası da dahil olmak üzere beklenmedik alanlara yönlendiriyor.
İspanya’daki Cordoba Üniversitesinden araştırmacılar, insan sağlığı için hayati öneme sahip bir besin maddesi olan B12 vitamininin şarj edilebilir bir pile güç sağlamaya da yardımcı olabileceğini ortaya koydu.
Araştırmacıların deneysel tasarımı, 250’ye kadar şarj ve deşarj döngüsünü tamamlayarak gelecekteki enerji depolama teknolojileri için yeni bir imkanın kapısını araladı.
Araştırmacılar, çinko ve çevredeki havadan alınan oksijeni içeren kimyasal reaksiyonlar yoluyla elektrik üreten bir çinko-hava pili geliştirdi.
Tüm reaktif maddeleri kendi içinde depolayan geleneksel pillerin aksine çinko-hava pilleri oksijeni dış ortamdan çekiyor.
Bu özellik pilleri daha hafif hale getiriyor ve ağırlıklarına oranla önemli miktarda enerji depolayabilmeleri anlamına gelen yüksek enerji yoğunluğu sağlıyor. Söz konusu piller halihazırda işitme cihazları gibi küçük aygıtlarda kullanılıyor.
Çinko, bol bulunması ve geri dönüştürülebilir olması nedeniyle de avantaj sunuyor. Bu pillerde yanıcı olmayan su bazlı elektrolitlerin kullanılması, ham madde çıkarımı ekonomik, sosyal ve çevresel endişelere yol açan geleneksel lityum iyon pillere kıyasla onları potansiyel olarak daha güvenli kılıyor.
Şarj ve deşarj için tek katalizör
Bununla birlikte çinko-hava pillerini şarj edilebilir hale getirmek önemli bir zorluk barındırıyor. Bu piller, hem elektrik üretimini hem de pilin yeniden şarj edilmesi için gereken ters süreci destekleyebilecek ve kimyasal reaksiyonların ilerlemesine yardımcı olan bir katalizöre ihtiyaç duyuyor.
Kobalamin olarak da bilinen B12 vitamini, moleküler yapısında bu reaksiyonları yönlendirmeye yardımcı olan kobalt metalinin bir formu olan kobalt (III) içerdiği için olası bir çözüm sundu. Beslenmedeki rolüyle daha iyi bilinmesine rağmen B12, belirli bakteriler tarafından doğal olarak üretiliyor ve gıda ile ilaç uygulamaları için ticari olarak imal ediliyor.
Hayvansal kaynaklı gıdalarda bulunan bu vitamin, beslenme eksikliklerini gidermek için kullanılıyor ve yorgunluğu azaltmaya yardımcı olabilmesi nedeniyle diğer B vitaminleriyle birlikte akşamdan kalmalık etkilerini hafifletmek amacıyla da yaygın şekilde tercih ediliyor.
Araştırmacı Antonio Jesus Fernandez Romero, B12 vitamininin deşarj sırasında oksijenin suya indirgenmesini katalize etmesi ve yeniden şarj sırasında oksijen üretimini teşvik etmesi nedeniyle iyi bir katalizör görevi görmek için gerekli koşulları karşıladığını kanıtladığını açıkladı.
Karbon nanotüpler B12 vitaminini sabit tutuyor
Bu aşamadaki temel zorluk, vitamini pilin içinde tutabilmekti. B12 suda kolayca çözündüğü için su bazlı elektrolit kullanan bir pile doğrudan eklenemiyordu.
Araştırmacılar bu sorunu, vitamini yerinde tutarken kimyasal reaksiyonları desteklemesine olanak tanıyan son derece ince karbon yapılar olan tek duvarlı karbon nanotüplere bağlayarak çözdü. Ekibin bu yaklaşımı, amino asitlerin proteinlerde birbirine bağlanma sürecini taklit etti.
Prototip, Cordoba Üniversitesi Enerji ve Çevre Kimya Enstitüsündeki (IQUEMA) Fiziksel Kimya araştırma grubu (FQM-204) tarafından geliştirildi. Çalışmanın yazarlarından Manuel Cano Luna, yeni pillerde kullanmak üzere doğada kendiliğinden bulunan malzemelerdeki özellikleri incelediklerini ifade etti.
B12 önceki tasarımlara şarj edilebilirlik özelliği kazandırdı
Bu çalışma, araştırma grubunun katalizör olarak biyolojik bir molekül kullandığı üçüncü pil prototipi olma özelliğini taşıyor. Daha önceki deneylerde demir (II) içeren hemoglobin ve demir (III) içeren katalaz kullanılmıştı.
B12 vitaminiyle sağlanan temel ilerleme ise ortaya çıkan pilin yeniden şarj edilebilmesi ve araştırmacıların testlerinde 250’ye kadar döngüyü tamamlaması oldu.
Prototip henüz deneysel aşamada olsa da elde edilen bulgular, doğada bulunan moleküllerin daha ucuz ve daha sürdürülebilir enerji depolama sistemlerine katkıda bulunabileceğine işaret ediyor.
Daha fazla geliştirilmesi halinde şarj edilebilir çinko-hava pilleri, gelecekte yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen fazla elektriğin depolanmasına yardımcı olarak daha temiz enerjiye geçişteki zorluklardan birine çözüm sunabilir.
