Kaliforniya Üniversitesi Bourne Mühendislik Fakültesi’ndeki araştırmacılar, mevcut endüstri standartlarından üç kat üstün lityum iyon pil üretti. Anahtar madde kum. Evet, kum.
Üniversitedeki mühendislik profesörleri Cengiz ve Mihri Özkan’la çalışan doktora öğrencisi Zachary Favors, “Beklenen şey işte bu; yüksek performanslı lityum iyon pil anotları üretmek için düşük maliyetli, zehirsiz, çevreye dost bir üretim şekli” dedi.
Fikir, bundan altı ay önce Favors’un aklına gelmiş. Kaliforniya, San Clemente’de sörf yaparak stres atarken, eline bir avuç kum alıp yakından bakmış ve çoğunlukla kuartz, yani silikondioksitten oluştuğunu fark etmiş. Araştırma konusu, kişisel kullanım ve elektrikli araçlar için daha iyi lityum iyon piller üretmeye yönelik. Daha çok anota, yani pilin negatif kısmına yoğunlaşmış. Anot için şu andaki standart madde grafit, ama elektronik cihazlar kuvvetlendikçe grafitteki geliştirilme oranı sıfırlandı.
Araştırmacıların şimdi yapmaya uğraştığı şey, grafit yerine nano boyutlarda (metrenin milyarda biri) silikon kullanmak. Nano boyutlardaki silikonla ilgili problemse, hızlı bir şekilde aşınmaya uğraması ve yüksek miktarlarda üretimin zorluğu. Favors, bu sorunları çözmeye koyulmuş, Amerika’da yüksek kuartz oranlı bir kaynak bulmak için kumları incelemiş. Bu arayış onu büyüdüğü bölge olan, Dallas’daki Cedar Creek Reservoir’a götürmüş.
Elindeki kumla Riverside’daki laboratuvara dönmüş ve taneler nanometre boyutuna ininceye kadar öğütmüş. Bir seri saflaştırma adımlarından geçirdiği kumun rengi, pudra şekere benzeyecek şekilde, kahverengiden açık beyaza dönüşmüş. Sonrasındaysa tuz ve magnezyumu öğütüp (ki bu iki hammadde de deniz suyunda bol miktarda bulunmaktadır) saflaştırılmış kuartza karıştırmış. Elde ettiği toza ısı uygulamış. Tuzun ısı tutucu olarak çalıştığı karışımda, magnezyum kuartzdaki oksijeni ayırmaya yaramış ve sonuçta saf silikon elde edilmiş.
Özkan yönetimindeki grup, işleme sürecinin ilerleyişinden memnun. Ayrıca, fazladan bir gelişme daha olmuş. Saflaştırılan nano-silikon, 3-B sünger benzeri, gözenekli bir yapı oluşturuyor. Bu gözeneklerin, nano-silikonla yapılan pillerin performansı açısından anahtar önemde olduğu anlaşıldı. Gelişmiş performans silikon tabanlı elektrik araba pillerinin 3 kat dayanıklı olması anlamına gelebilir; ki bu da tüketicilerin, binlerce dolarlık pil değişimlerinden kurtulmaları demektir. Cep telefonları ve tabletler içinse, gün aşırı değil de üç günde bir şarj etmek yeterli olacaktır.
Özkanların çalışma grubu bugünlerde nano-silikon kumsal kumundan daha büyük miktarlarda üretmeye çalışıyor ve bozuk para boyundaki pillerden, cep telefonlarında kullanılan paket boyutundaki pillere geçmeyi planlıyorlar. Nature Scientific Reports dergisinde daha yeni yayınlanan araştırma, Temiz Enerji Teknolojileri tarafından destekleniyor.
