Hintli araştırmacılar tarafından ışıkla şarj edilebilen yeni bir süper kapasitör geliştirildi. Sokak lambaları ve sensörler gibi kendi kendine güç sağlayan diğer elektrikli ekipmanlar bu süper kapasitörlerden yararlanabilir.
Kondansatörler gibi elektrostatik cihazlar enerjiyi iki metal plaka ya da elektrot üzerinde yük şeklinde depolar.
IAP (Department of Instrumentation and Applied Physics)’de profesör olan çalışmanın sorumlu yazarı Abha Misra’ya göre, süperkapasitörler kapasitörler üzerinde bir gelişmedir. Daha fazla enerji depolamak için elektrokimyasal süreçler kullanırlar.
Doğrudan şeffaf flor katkılı kalay oksit (FTO) üzerinde üretilen çinko oksit (ZnO) nanorodları, yeni süper kapasitörün elektrotları olarak görev yaptı. İlk yazar ve CV Raman doktora sonrası araştırmacısı Misra’nın IISc’deki laboratuvarında Pankaj Singh Chauhan sentezledi.
Foto-şarj edilebilir süperkapasitörün iyi çalışması için ZnO ve FTO ile hizalanmış enerji seviyelerine sahip yarı iletkenlere ihtiyacı vardır. Süperkapasitör, şeffaf FTO içinde yer alan optik olarak aktif ZnO nanorodların üzerine düşen ışıkla şarj ediliyor. Elektrotlar arasındaki iletken ortam, Chauhan’ın tanımladığı gibi yarı katı bir jel ve sıvı bir elektrolittir.
Yük depolama kapasitesinin bir ölçüsü olan kapasitans, elektrotlar arasındaki mesafe arttıkça azalır.
Misra, “Mesafe çok azaldıkça kapasitans yükselir” diyor. Elektrostatik bir kapasitörün elektrotları arasındaki mesafeyi mütevazı tutmak kolay bir iş değildir. Ancak bir süperkapasitörde, elektrotların yükleri zıt yüklü elektrolit iyonlarını çektiğinde bir elektrikli çift katman (EDL) oluşur. Bu da sadece birkaç atom kalınlığında bir yük tabakasının oluşmasına yol açar. Süperkapasitörler yüksek kapasitanslarını buradan alırlar.
Araştırmacılar süperkapasitörlerini ultraviyole (UV) radyasyona maruz bıraktıklarında, daha önce bildirilen süperkapasitörlerden birkaç kat daha fazla kapasitans artışı gözlemlendi. Dahası, iki tuhaf özelliğe dikkat çektiler.
İlk olarak, popüler inanışın aksine, kapasitansın tipik olarak artan voltajla azalmasına rağmen, ışığa maruz kaldıklarında süper kapasitörlerinin kapasitansının aslında artan voltajla arttığını keşfettiler.
Clemson Üniversitesi’nden Profesör A.M. Rao ve yazarlardan biri, bu fenomeni tanımlamak için “boyun eğme davranışı” terimini öneriyor. Rao’ya göre bunun nedeni elektrotların oldukça gözenekli olması olabilir. İkinci olarak, süperkapasitörler genellikle daha hızlı şarj edildiklerinde depoladıkları enerjinin bir kısmını kaybederler çünkü elektrolit iyonları daha yüksek akıma yeterince hızlı tepki veremez. Grup, sıvı elektrolitin süper kapasitörün depolanan enerjisinin UV radyasyonunun varlığında hızlı şarj sırasında beklenmedik bir şekilde yükselmesine izin verdiğini görünce şaşırdı.
Bu yeni bulgulara ışık tutmak için Rao’nun laboratuvarından doktora sonrası araştırmacı Mihir Parekh teorik modeller ortaya koydu. Parekh, sonuçların aynı zamanda hızlı şarj olan enerji yoğun süperkapasitörlerin geliştirilmesinin önünü açtığını belirtiyor.
Grup, mevcut süper kapasitörlerini geliştirmek için iki ana konsepti göz önünde bulundurdu. Başlangıç olarak, elektrotların yüzey alanını genişletmek için optik olarak aktif iki yarı iletken arayüz birleştirildi ve bu da ışıkla etkileşimi en üst düzeye çıkararak şarj üretimini artırdı. İkinci olarak, verimli bir EDL’yi garanti etmek için sıvı bir elektrolit kullanıldı. Tüm bu faktörler olağanüstü başarıya katkıda bulundu.
Misra, “Fikirler basitti… ama bir araya geldiklerinde çok iyi çalıştılar” diyor. Ayrıca, süperkapasitörün mimarisinde bazı ayarlamalar yapılarak, görünür ve kızılötesi ışık kullanılarak da şarj edilebileceğini belirtiyor. IISc-Clemson ekibi, daha üstün süperkapasitörler geliştirmek için, keşfettikleri olağandışı olaylarla ilgili ek araştırmalar yapmayı planlıyor.
Misra, “Süperkapasitörlerin pek çok uygulama alanı var,” diyor. Olası kullanım alanlarından biri, şu anda sokak lambalarında kullanılan güneş pillerinin yerine geçmesi. Yüksek güç yoğunlukları nedeniyle şarjlarını pillerden daha hızlı boşaltabiliyorlar. Cep telefonları gibi elektronik cihazlar da çiplerine güç sağlamak için bunları kullanabilir.
Misra’ya göre, süperkapasitörler bu mikroelektronik devrelerle birleştirilmek üzere nano ölçeğe kadar küçültülmüştür.
Kaynak: techxplore.com/news/2024-09-supercapacitor-powered-devices.html
