Hidrojen (H2), yüksek katma değerli malzemelerin sentezi için bir hammaddedir ve enerji yoğunluğu (142 MJ/kg) mevcut fosil yakıtlardan (benzin, dizel vb.) üç kat daha yüksek olan temiz bir yakıt olarak ilgi görmektedir. Bununla birlikte, günümüzde kullanılan çoğu hidrojen üretim yöntemi, karbon dioksit (CO2) salımını içermektedir.
Güneş panelleri ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları, suyun ayrıştırılması yoluyla yeşil hidrojen üretebilir. Ancak, sıcaklık ve hava koşulları gibi faktörler nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları düşük su ayrıştırma verimliliğine sahiptir.
Bunu aşmak için, suyun elektroliz yoluyla hidrojen üretimi için yeterli voltaj (1.23 V veya daha yüksek) yayabilen hava hücreleri, bir enerji kaynağı olarak dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, yeterli kapasiteyi sağlamak için değerli metal katalizörler kullanılması gerekir ve bu katalizör malzemesinin uzun süreli şarj ve deşarj sırasında performansı hızla bozulur.
Sonuç olarak, suyun elektroliz reaksiyonları (örneğin hidrojen ve oksijen üretimi) için etkili bir katalizör olmasını sağlamak ve çinko-hava pili elektrotlarının sürekli şarj ve deşarj reaksiyonları (örneğin oksijen azaltımı ve oksijen üretimi) için sağlam bir malzeme geliştirmek çok önemlidir.
Profesör Kang’ın araştırma ekibi, grafen oksit üzerine büyütülen nano boyutlu bir metal-organik çerçeve kullanarak G-SHELL olarak bilinen değerli olmayan metal katalizör malzemesini üç farklı katalitik reaksiyona (oksijen üretimi-hidrojen üretimi-oksijen azaltma) sentezlemek için bir yöntem önerdi.
Araştırma ekibi, geliştirilen katalizör malzemesinin çinko-hava pilinin hava elektrot malzemesinden oluştuğunu ve mevcut pillerin enerji yoğunluğundan (797 Wh/kg) yaklaşık 5 kat daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip olduğunu doğruladı. Ayrıca, yüksek çıkış özellikleri (275.8 mW/cm²) sergilediği ve tekrar eden şarj ve deşarj koşullarında uzun süreli olarak stabil bir şekilde çalışabileceği de tespit edildi.
Gelecek nesil enerji depolama cihazları arasında, suya çözünür bir elektrolit ile çalışan ve yangın riski taşımayan çinko-hava pilinin bir su elektroliz sistemi ile bağlanarak hidrojen üretimi için çevre dostu bir yöntem olarak kullanılması bekleniyor.
Prof. Kang, “Çinko-hava piline dayalı kendiliğinden hidrojen üretim sistemi, mevcut yeşil hidrojen üretimindeki sınırlamaları aşabilecek yeni bir atılım olacaktır. Bu, düşük sıcaklıklarda ve basit bir şekilde üç farklı elektrokimyasal katalitik reaksiyonda yüksek aktivite ve ömre sahip bir katalizör malzemesi geliştirerek gerçekleştirilecektir.” dedi.
Kaynaklar:
- techxplore.com/news/2024-10-powered-hydrogen-production-zinc-air
- Dong Won Kim et al, Trifunctional Graphene‐Sandwiched Heterojunction‐Embedded Layered Lattice Electrocatalyst for High Performance in Zn‐Air Battery‐Driven Water Splitting, Advanced Science (2024)
Hazırlayan : Selin Karavul – Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü Öğrencisi
