Taze yengeç bacağı yemiş olan herkes, kabuklarını çıkarmanın ne kadar zor olduğunu bilir. Ancak araştırmacılar, bu kabukları çöpe atmak yerine çok çeşitli kullanım alanlarına sahip gözenekli karbon dolgulu malzemelere dönüştürüyor. ACS Omega’da makale yayımlayan bir ekip bu “yengeç karbonunu”, lityum-iyon kimyalarına karşı yeni bir rakip olan sodyum-iyon piller için anot malzemeleri oluşturmak üzere kullandı.

Lityum-iyon piller, son yıllarda telefonlara, arabalara ve diş fırçalarına güç sağlayarak her yerde bulunur hâle geldi. Ancak dünyadaki lityum metali miktarı sınırlı olduğundan bazı araştırmacılar, dikkatlerini bunun yerine “kimyasal ikâmelerine” çevirdi. Daha önce araştırmacılar, yengeç kabuklarındaki kitini kullanarak biyolojik olarak parçalanabilen bir çinko-iyon pil oluşturmuşlardı. Ancak bu atıklar, alternatif olarak sodyum-iyon piller için olası bir anot olarak araştırılan bir malzeme olan “sert karbona” dönüştürülebiliyor.

Kimyasal olarak lityuma benzese de sodyum iyonları, daha büyük ve bu nedenle tipik olarak grafitten yapılan bir lityum-iyon pilin anodu ile uyumlu olmayabiliyor. Sert karbon, geçiş metali dikalkojenitleri (TMD’ler) gibi metalik yarı iletken malzemelerle birleştirildiğinde, malzeme uygulanabilir bir pil anodu hâline gelebiliyor. Bu nedenle Yun Chen, Yue Zhao, Hongbin Liu ve Tingli Ma iki farklı TMD’nin (kalay sülfür ve demir sülfür) yengeç kabuklarından elde edilen sert karbonla birleştirilerek nasıl uygulanabilir bir sodyum-iyon pil anodu yapılabileceğini araştırmak istedi.

Araştırmacılar, “yengeç karbonu” yapmak için yengeç kabuklarını 1000 °F’yi aşan sıcaklığa kadar ısıttılar. Daha sonra karbonu kalay sülfür (SnS2) veya demir sülfür (FeS2) çözeltisine eklediler ve ardından anot oluşturmak için kuruttular. Yengeç karbonunun gözenekli, lifli yapısı, malzemenin iletkenliğini ve iyonları verimli bir şekilde taşıma yeteneğini artıran geniş bir yüzey alanı sağladı.

Ekip, örnek bir bataryada test edildiğinde her iki kompozitin de iyi kapasitelere sahip olduğunu ve en az 200 döngü boyunca dayanabildiğini tespit etti. Araştırmacılar, bu çalışmanın diğer atıkların geri dönüşümü için bir yol sağlayabileceğini ve daha sürdürülebilir pil teknolojilerinin geliştirilmesine yardımcı olabileceğini ifade ediyor.

Derleyen: Nazlı Koyuncu