Güney Kore’deki Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST) Karbon Kompozit Malzemeler Araştırma Merkezi’nden Dr. Bon-Cheol Ku ve Dr. Seo Gyun Kim öncülüğünde, Seul Ulusal Üniversitesi’nden Prof. Yuanzhe Piao ile birlikte yürütülen araştırmada, enerji depolama alanında çığır açacak yeni nesil bir süperkapasitör geliştirildi. Bu teknoloji, günümüz süperkapasitörlerinin temel sınırlamalarını aşarak hem yüksek enerji yoğunluğu hem de yüksek güç sağlayabiliyor.
Karbon Nanotüplerle Güçlenen Yeni Nesil Fiber Yapı
Araştırma ekibi, yüksek iletkenlik özellikleriyle bilinen tek duvarlı karbon nanotüpler (CNT) ile düşük maliyetli ve kolay işlenebilir bir iletken polimer olan polianilini (PANI) kimyasal olarak bağlayarak ileri düzeyde bir fiber yapı oluşturdu. Bu yapı, hem elektronların hem de iyonların daha hızlı hareket etmesini sağlayarak süperkapasitörün hem daha fazla enerji depolamasını hem de enerjiyi daha hızlı boşaltmasını mümkün kıldı.
Yeni geliştirilen süperkapasitör, 100.000'den fazla şarj-deşarj döngüsünde dahi performans kaybı yaşamadan çalışabiliyor. Ayrıca yüksek voltajlı ortamlarda da kararlılığını koruyor. Bu özellikleriyle mevcut batarya sistemlerine alternatif oluşturabilecek ya da bu sistemleri destekleyici bir çözüm olarak değerlendiriliyor.
Elektrikli Araçlardan Giyilebilir Teknolojiye Kadar Geniş Bir Kullanım Alanı
Yüksek dayanıklılığı ve verimliliği sayesinde bu süperkapasitörler, özellikle elektrikli araçlarda hızlı şarj imkanı sunarak menzil ve performansı artırma potansiyeline sahip. Aynı zamanda insansız hava araçları (drone) ve robotlar gibi teknolojilerde de daha uzun çalışma süreleri ve artan güvenilirlik sağlanabilecek.
CNT‑PANI kompozit fiberin esnekliği, onu giyilebilir elektronikler gibi kompakt ve esnek sistemlerde de ideal bir aday haline getiriyor. Fiber yapı katlanabilir ya da sarılabilir olmasıyla yeni nesil cihaz tasarımlarına uyum sağlıyor.
Araştırmada elde edilen bir diğer önemli kazanım, yüksek maliyetli karbon nanotüplerin düşük maliyetli polianilin ile birleştirilmesiyle üretim maliyetlerinin düşürülmesi oldu. Bu sayede, şimdiye dek ticarileştirilmesi zor görülen bu tür süperkapasitörlerin seri üretimi için güçlü bir zemin hazırlandı.
Ekip, bu teknolojiyi kullanarak film benzeri yapılar geliştirmeyi de başardı. Bu, ticari uygulamalara bir adım daha yaklaşılması anlamına geliyor. Teknolojinin, karbon nötr bir geleceğe geçişte kilit rol oynaması ve başta ulaşım, robotik, havacılık ve giyilebilir teknolojiler olmak üzere birçok sektörde kullanılması bekleniyor.
“Bu teknoloji, süperkapasitörlerin temel eksiklerini gideriyor. Karbon nanotüplere dayalı ultra yüksek performanslı karbon fiberleri geliştirmeye ve endüstriye kazandırmaya devam edeceğiz.”
— Dr. Bon-Cheol Ku, KIST
