İsveçli Araştırmacılardan Yakıt Hücrelerinde Devrim: Daha Verimli ve Uzun Ömürlü Çözümler Yolda
İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hidrojenle çalışan ağır hizmet araçları için daha verimli ve uzun ömürlü yakıt hücreleri geliştirme yolunda önemli bir adım attı. Araştırmacılar, yakıt hücrelerinin zamanla nasıl bozulduğunu anlamak amacıyla yenilikçi bir yöntem geliştirdi. Bu yöntem, yakıt hücrelerinin performansının iyileştirilmesi ve ticari olarak başarılı hale gelmesi için kritik bir aşama olarak değerlendiriliyor.
Hidrojen, ağır hizmet araçları için giderek daha cazip bir yakıt alternatifi haline geliyor. Hidrojenle çalışan araçlar, egzoz olarak sadece su buharı salıyor ve eğer hidrojen yenilenebilir enerji kullanılarak üretilirse, tamamen karbondioksit emisyonlarından arındırılmış oluyor. Bataryayla çalışan elektrikli araçların aksine, hidrojenle çalışan araçlar elektrik şebekesine yük bindirmek zorunda değil; çünkü hidrojen, elektrik ucuz olduğunda üretilebilir ve depolanabilir. Bu araçların itici gücü ise “yakıt hücresi” adı verilen bir cihazdan geliyor. Ancak, yakıt hücreleri, bileşenlerinin (örneğin elektrotlar ve membranlar) zamanla bozulması nedeniyle nispeten kısa bir ömre sahip. Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki son çalışma, bu soruna çözüm bulmayı hedefliyor.
Yeni Deneysel Yöntem ile Daha İyi Anlama
Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, yakıt hücrelerinin yaşlanmasını etkileyen faktörleri, kullanım sırasında belirli bir parçacığı izleyerek incelemek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Araştırma ekibi, yakıt hücresini belirli aralıklarla parçalayarak tüm hücreyi incelemeyi başardı. İleri seviye elektron mikroskopları kullanarak, katot elektrodunun belirli bölgelerde kullanım döngüleri sırasında nasıl bozulduğunu izleyebildiler. Bu yenilikçi yöntem, yakıt hücrelerinin çalışma ömrünü uzatmak için kritik bilgiler sunuyor.
Chalmers Üniversitesi Fizik Bölümü’nde Doçent olan araştırma lideri Björn Wickman, “Yakıt hücresinin sökülüp incelenmesinin performansı etkileyeceği daha önce varsayılıyordu, ancak bu varsayımın doğru olmadığı ortaya çıktı, bu da şaşırtıcı,” diyerek bu yöntemin önemini vurguladı.
Araştırma ekibinden doktora öğrencisi Linnéa Strandberg ise, “Yakıt hücresinin kullanım sonrası nasıl yaşlandığını sadece görmek yerine, şimdi ara aşamayı da inceleyebildik. Belirli bir bölgede seçilen tek bir parçacığı takip edebilmek, bozulma süreçlerini çok daha iyi anlamamızı sağladı. Bu süreçler hakkındaki daha fazla bilgi, yakıt hücreleri için yeni malzemeler tasarlama veya yakıt hücresinin kontrolünü ayarlama yolunda önemli bir adımdır,” dedi.
Daha Uzun Ömürlü Yakıt Hücreleri İçin Gelecek Vaat Eden Bir Adım
ABD Enerji Bakanlığı (DOE), yakıt hücrelerinin ömrünün iyileştirilmesini, hidrojenle çalışan yakıt hücreli araçların ticari başarısı için en önemli hedeflerden biri olarak belirlemiştir. Endüstriye göre, bir kamyonun ömrü boyunca 20.000-30.000 saat sürüşe dayanabilmesi gerekiyor; bu da günümüzde yakıt hücreli hidrojen kamyonlarının henüz başaramadığı bir hedef.
Björn Wickman, “Şimdi daha iyi yakıt hücreleri geliştirmek için üzerine inşa edebileceğimiz bir temel oluşturduk. Yakıt hücresinde gerçekleşen süreçler ve bu süreçlerin yakıt hücresinin ömrü boyunca ne zaman gerçekleştiği hakkında daha fazla bilgiye sahibiz. Gelecekte, bu yöntem, yakıt hücresinin ömrünü uzatabilecek yeni malzemeleri geliştirmek ve incelemek için kullanılacaktır,” şeklinde açıklamada bulundu.
Yakıt Hücresinin Çalışma Prensibi
Yakıt hücresinin çekirdeği, iki elektrot — sırasıyla anot ve katot — ve ortasında bir iyon ileten membran olmak üzere üç aktif katmandan oluşur. Her bir hücre yaklaşık 1 voltluk bir voltaj sağlar. Elektrotlar katalizör malzemesi içerir ve bunlara hidrojen ve oksijen eklenir. Ortaya çıkan elektrokimyasal süreç, temiz su ve bir aracı çalıştırmak için kullanılabilecek elektrik üretir.
Araştırma Hakkında Daha Fazla Bilgi
Bu yöntemi geliştiren Chalmers’teki araştırma grubu, Chalmers Üniversitesi Fizik Bölümü’nde doktora öğrencisi Linnéa Strandberg, Doçent Björn Wickman, eski doktora sonrası araştırmacı Victor Shokhen ve Kimya ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde profesör Magnus Skoglundh’den oluşuyor.
Bu proje, Stratejik Araştırma için İsveç Vakfı ve İsveç Araştırma Konseyi tarafından finanse edilmiş olup, İsveç Enerji Ajansı ve Johnson Matthey, Perstorp, Powercell, Preem, Scania CV, Umicore ve Volvo Group gibi üye şirketler tarafından desteklenen Kataliz için Yetkinlik Merkezi bünyesinde Chalmers Teknoloji Üniversitesi tarafından yürütülmüştür.
Taramalı elektron mikroskobu ve geçişli elektron mikroskobu, Chalmers Malzeme Analiz Laboratuvarı’nda (CMAL) gerçekleştirilmiştir.
