Dizüstü bilgisayarınızın içinde veya rüzgar çiftliklerinin dışında enerji depoluyor olsanız da, yüksek kapasiteli, uzun ömürlü ve güvenli pillere ihtiyacımız var. Pillerde, herhangi bir elektrokimyasal cihazda olduğu gibi, elektrolit ve aktif maddenin katı elektrotda buluştuğu durumlarda kritik süreçler olur.
Bununla birlikte, buluşma noktasında ne olduğunun belirlenmesi zor olmuştur, çünkü aktif moleküllere ek olarak, arayüzler çoğu zaman çok sayıda aktif olmayan bileşen içerir. Laboratuvar Fellow’ından Dr. Pacific Northwest Ulusal Laboratuarı’ndaki bilim adamları Dr Julia Laskin, yumuşak iniş molekülerli aktif molekülleri küçük bir katı hal elektrokimyasal hücreye dikkatlice tasarlamak için bir yol buldu. Elektroliti katı bir zar içine koydular, aktif iyonları üstüne çöktürdüler ve hücreleri geleneksel elektrokimyasal teknikler kullanarak karakterize ettiler.
Araştırmanın ilk yazarı Dr. Venkateshkumar Prabhakaran, “Performansı artırmak için, pillerin veya yakıt hücrelerinin içinde neler olduğunu araştırmaya ihtiyacımız var – gerçek zamanlı olarak arayüzlerdeki süreçleri anlıyoruz” dedi.
Cihaz, çalışma esnasında elektrod yüzeyinde temel parçalanma reaksiyonlarını, malzeme oluşumunu ve diğer işlemleri anlamak için bir yol sağlar. Bu dinamik bilgileri toplamak, daha iyi piller, yakıt hücreleri ve diğer enerji cihazları oluşturmak için hayati önem taşır. Ayrıca, elektrokataliz yoluyla endüstriyel proseslerin verimliliğini arttırmada önemlidir. Laskin, “Teknolojik olarak en son teknolojiye sahip arayüzlerle ilgili temel araştırmalar yapıyoruz” dedi.
PNNL’de, bilim adamları elektrot-elektrolit arayüzünü gerçek zamanlı olarak incelemek için bir elektrokimyasal cihaz tasarladılar. Cihaz, sıvı elektrolit benzeri nakliye özelliklerine sahip, vakumda veya iyi kontrol edilen diğer ortamlarda katı bir iyonik-sıvı zar kullanmaktadır.
Katı zar, ekibin elektrolit arayüzünü iyon yumuşak iniş teknikleri kullanarak değiştirmesini sağlar. Yumuşak inişle, arayüzde iyi karakterize edilmiş aktif molekülleri yerleştirirler. Bu moleküller, çok sayıda elektron tutabilen katalitik metal kümeleri ve redoks-aktif “moleküler pil” türlerini içerir; bunlar, pil kapasitesini artıracak potansiyel adaylardır.
Heyecan verici yeni bir bükülme ile, bilim adamları hücreye moleküler parçalar da ekleyebilirler. Gaz fazında öncü molekülleri “parçalayarak” parçacık iyonu oluşturuyorlar. Bu gaz fazı fragmanları daha sonra seçilebilir ve membrana eklenebilir. Sonuç, genelde çözümde bulamadığınız iyi tanımlanmış bir filmdir. “Bu, bize normal koşullar altında stabil olmayan geniş bir yelpazeye erişebilmemizi sağlar ve bireysel yapı taşlarının ana moleküllerin genel aktivitesine katkısını anlamamızı sağlar” diye belirtti PNNL kimyageri ve üyesi Dr. Grant Johnson Takımdan.
Yumuşak inişli kümeler son derece ince bir zardan dağıldığında ve yeni tasarlanan cihazın elektrot yüzeyine ulaştığında, ekip birçok elektrokimyasal ve spektroskopik teknikler kullanarak inceleyebilecek detaylı ve kesin olarak tanımlanmış bir aktif türe sahiptir. Bir kere arayüzde, ekip, aktif moleküllerin elektron naklini nasıl değiştirdiğini, kapasiteyi artırdığını veya tükenmesini inceleyebilir.
Araştırmacılar, bu yaygın kirleticiyi daha değerli kimyasal hammaddelere yükseltmek için yumuşak karaya oturan soy metal kümelerinin karbon dioksiti nasıl değiştirdiklerini incelemek için cihazı kullanıyorlar.
Kaynak:
Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuarı