Avustralyalı Araştırmacılardan Çinko-İyon Batarya Ömründe Atılım

Avustralyalı araştırmacılar, çinko-iyon batarya teknolojisinde önemli bir ilerleme kaydettiklerini bildirdi. Yeni geliştirilen yöntem, bataryanın katot malzemesinin yapısal kararlılığını önemli ölçüde artırarak sistemin 5.000'den fazla şarj-deşarj döngüsünde güvenilir şekilde çalışmasını sağlıyor.

University of Technology Sydney (UTS) araştırmacıları, Birleşik Krallık’taki University of Manchester’dan bilim insanlarıyla birlikte çalışarak çinko-iyon bataryaların ömrünü artırmanın yeni bir yolunu geliştirdi. Bu bataryalar, şebeke ölçeğinde enerji depolama için lityum-iyon teknolojisine alternatif olarak görülüyor.

Atılımın merkezinde, bireysel iyonlar ve katı hal örgülerinde asimetriye neden olan kooperatif Jahn-Teller etkisi yer alıyor. Bu fenomen, bakır ve manganez gibi belirli geçiş metalleri içeren yapılarda yaygın olarak gözlemleniyor.

Ekip, 2 boyutlu (2D) manganez oksit/grafen “süperkafes” tasarlayarak benzersiz bir örgü bazlı gerinim mekanizmasını devreye soktu. Geliştirilen bu gerinim, katotun döngüsel kullanım sırasında yapısal bozulmaya karşı direnç göstermesini sağladı.

Araştırmacılar, yöntem sayesinde bataryanın katot malzemesinin yapısal kararlılığının artırıldığını ve sulu çinko-iyon bataryalarda 165 mAh g⁻¹ kapasiteyle 5C hızında 5.000’den fazla döngüde çalışabildiğini belirtti. Bu performans, mevcut çinko-iyon bataryalara göre yaklaşık %50 daha uzun ömür anlamına geliyor.

Ekip, çalışmanın sonuçlarını özetledi: “Yeniden şarj edilebilir bataryaların ömrünü önemli ölçüde artırmak için, elektrot malzemelerine iyon yerleşiminin yarattığı gerilimi aşan kooperatif Jahn-Teller etkisini devreye sokan etkili bir strateji sunduk. Elde edilen sonuç, düşük maliyetli, sulu elektrolitli ve daha dayanıklı çinko-iyon bataryaya işaret ediyor; ayrıca lityum-iyon hücrelerle ilişkili güvenlik riskleri taşımıyor.”

Çalışmanın başyazarı ve sorumlu yazarı olan UTS’ten Profesör Guoxiu Wang, Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırmanın, ölçeklenebilir ve su bazlı batarya enerjisi depolama teknolojilerine yönelik uygulanabilir bir yol sunduğunu belirtti. “Çalışma, 2D malzeme heteroyapılarının ölçeklenebilir uygulamalar için nasıl tasarlanabileceğini gösteriyor. Süperkafes tasarımının yalnızca laboratuvar ölçekli bir yenilik olmadığını, aynı zamanda yeniden şarj edilebilir bataryalar gibi gerçek dünya cihazlarının iyileştirilmesinde uygulanabilir bir yöntem sunduğunu ortaya koyuyor. 2D malzeme yeniliklerinin pratik teknolojilere dönüştürülebileceğini gösteriyoruz.”

Çinko-iyon bataryalar, sabit enerji depolama çözümleri için lityum-iyon bataryalara umut vadeden bir alternatif olarak görülse de, sınırlı çevrim ömrü uzun süredir yaygın kullanımın önünde engel teşkil ediyordu.

Manchester Üniversitesi’nden araştırmanın diğer sorumlu yazarı Profesör Rahul Nair, yapılan çalışmanın atom düzeyinde kimyasal kontrolle performans sınırlamalarının nasıl aşılabileceğini ortaya koyduğunu ifade etti. “Araştırmamız, 2D malzemelerde gerinim mühendisliği için yeni bir sınır açıyor. Kooperatif Jahn-Teller etkisini devreye sokarak, malzemelerin manyetik, mekanik ve optik özelliklerini daha önce mümkün olmayan şekillerde ince ayarlarla düzenleyebileceğimizi gösterdik.”

Araştırma ekibi ayrıca, geliştirilen sentez yönteminin zehirli çözücüler ya da aşırı sıcaklıklar kullanılmadan, tamamen su bazlı ve ölçeklenebilir biçimde çalıştığını da deneysel olarak gösterdi. Yöntem, çinko-iyon bataryaların üretim açısından daha uygulanabilir hâle gelmesinde kritik bir adım olarak değerlendiriliyor.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://www.ess-news.com/2025/06/25/australian-researchers-achieve-zinc-ion-battery-life-breakthrough/