Geleceğin elektrikli araçları, lityum-iyon pilleri geride bırakabilir. Tokyo Bilim Enstitüsü’nden araştırmacılar, önceki yöntemlere göre çok daha düşük sıcaklıklarda çalışabilen yeni bir hidrojen enerji depolama sistemi geliştirdi. Yeni hidrojen pili, magnezyum hidrürü anot, hidrojen gazını ise katot olarak kullanıyor. Ayrıca, kristal yapıya sahip katı hal bir elektrolit içeriyor. 18 Eylül’de Science dergisinde yayımlanan çalışmaya göre, bu pil 90°C’de çalışabiliyor. Mevcut katı hal hidrojen depolama yöntemleri ise 300–400°C arasında sıcaklıklara ihtiyaç duyuyor.
Pilin gücü nereden geliyor
Katı hal bileşenlerine sahip hidrojen pilleri ve yakıt hücreleri uzun zamandır var. Ancak, hidrojen pilleri yüksek çalışma sıcaklıkları gerektirirken, yakıt hücreleri lityum-iyon piller kadar verimli olamıyor ve yüksek basınçta hidrojen depolama zorluğu yaşıyor. Yeni geliştirilen bu pille birlikte, bilim insanları MgH₂ anotunun teorik depolama kapasitesini tamamen kullanmayı başardı. Ayrıca, oda sıcaklığında yüksek iyon iletkenliği sağlandı.
Bu başarının merkezinde, pilin katı elektroliti yer alıyor. Baryum, kalsiyum ve sodyum hidrürden oluşan bu elektrolit, kristalimsi yapısıyla özellikle hidrojen iyonları açısından, üstelik düşük sıcaklıklarda yüksek elektrokimyasal kararlılık ve yüksek iyon iletkenliği sunuyor. Pil, lityum-iyon bataryalara benzer şekilde çalışıyor; ancak pozitif iyonlar yerine negatif yüklü hidrür iyonları elektrolitten geçiyor.
Deşarj sırasında, katottaki hidrojen gazı kimyasal bir reaksiyonla hidrür iyonlarına dönüşüyor. Bu iyonlar elektrolitten geçerek magnezyum anoda ulaşıyor ve orada MgH₂ oluşturuyor. Bu süreçte, elektronlar anot üzerinden dış devreye akıyor ve enerji üretiliyor. Şarj sırasında ise bu süreç tersine dönüyor. MgH₂, hidrür iyonlarını serbest bırakıyor, bu iyonlar elektrot üzerinden geçerek hidrojen gazına dönüşüyor. Böylece pil tamamen şarj ediliyor.
Daha güçlü, temiz uzun ömürlü
Bu tasarımla birlikte, hidrojen gazı artık istenildiğinde katı hal bir hücre içinde depolanabiliyor ve serbest bırakılabiliyor. Pilin kapasitesi gram başına 2.030 mAh. Karşılaştırmak gerekirse, lityum-iyon piller genellikle 154–203 mAh/g kapasiteye sahip. En iyi akıllı telefon pilleri bile toplamda 5.000 mAh civarında. Çalışma sıcaklığı suyun kaynama noktasının hemen altında olduğundan, bu pilin günlük cihazlarda (telefon, laptop vb.) kullanılmasına henüz hazır olmadığı belirtiliyor. Ancak bu teknoloji, daha verimli ve kolay hidrojen depolamanın yolunu açabilir.
Daha düşük sıcaklıkta, yüksek basınç gerektirmeden hidrojen depolayabilmek; elektrikli araçlarda daha hafif, dayanıklı ve çevreci pillerin kullanılmasını mümkün kılabilir. Böylece hidrojen, fosil yakıtların yerini alabilecek daha temiz bir enerji kaynağı olarak yeniden gündeme gelebilir. Hidrojen uzun zamandır yeşil enerjiye geçişin anahtarı olarak görülüyordu. Ancak üretimi, depolanması ve enerjiye dönüştürülmesi zorlu bir süreçti. Bu yeni pil teknolojisi ölçeklenip ticarileştirilebilirse, hidrojen gerçekten de geleceğin yakıtı olabilir.
