Araştırma: Termal pil hücreleri ile jeotermal enerjiyi doğrudan elektriğe dönüştürme

Shibuya, Tokyo, Japonya (kaynak: flickr / Guwashi999, yaratıcı ortak kullanım)

Cannur Bozkurt 22 Tem 2019

Tokyo Teknoloji Enstitüsü tarafından yayınlanan bir makalede, termal pil hücreleri ile doğrudan “Yerkabuğundan” jeotermal enerjiye ulaşarak, ısısı ile elektrik elde etmek için yürütülen yeni araştırmaların detayları paylaşılmaktadır.

Sachiko Matsushita liderliğindeki Tokyo Tech bilim adamlarından oluşan bir ekip, 100 derece ya da daha düşük ısıda elektrik enerjisi üretebilecek bir tür batarya olan hassaslaşmış termal hücrelerin (STC’ler) anlaşılması ve geliştirilmesinde büyük ilerleme kaydetti.

Isıyı elektrik enerjisine dönüştürmek için çeşitli yöntemler mevcuttur, ancak büyük ölçekli uygulamaları mümkün değildir. Örneğin, sıcak ve soğuk redoks bataryaları ve Seebeck etkisine dayalı cihazlar, bir ısı kaynağının içine kolayca gömülüp kullanılamaz.

Matsushita’nın ekibi, STC’lerin, boya duyarlı güneş pilleri kullanarak ısının doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesinde yeni bir yöntem olarak kullanıldığını daha önce bildirmişti. Ayrıca, sistemin ışık yerine ısı kullanarak çalışmasını sağlamak için boyayı yarı iletken ile değiştirdiler. Şekil 1, elektrotlar arasına sıkıştırılmış üç katmandan oluşan bir pil olan STC’yi göstermektedir: bir elektron taşıma katmanı (ETM), yarı iletken bir katman (germanyum) ve bir katı elektrolit katman (bakır iyonları). Kısacası, elektronlar termal olarak uyarılarak düşük enerjili durumdan yarı iletkende yüksek enerjili bir duruma geçer ve doğal olarak ETM’ye aktarılır. Daha sonra elektrottan ayrılırlar, harici bir devreden geçirilirler, sayaç elektrodundan geçerler ve sonra elektrolite ulaşırlar. Bakır iyonlarını içeren yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonları, elektrolitin her iki arayüzünde de meydana gelir, bu sayede düşük enerjili elektronlar yarı iletken katmana transfer edilir, böylece proses yeniden başlayabilir ve bir elektrik devresi tamamlanır.

Ancak o zaman, böyle bir akünün kalıcı bir motor olarak kullanılıp kullanılamayacağı ya da akımın bir noktada durup durmayacağı belli değildi. Testten sonra ekip, elektriğin gerçekten belli bir süre sonra akmayı bıraktığını ve bu fenomeni açıklayan bir mekanizma önerdiğini gözlemledi. Temel olarak, akım, elektrolit katmanındaki redoks reaksiyonları, farklı bakır iyonlarının yer değiştirmesi nedeniyle durur. En önemlisi ve ayrıca şaşırtıcı bir şekilde, bir süre için harici devreyi basitçe açarak, başka bir deyişle, basit bir anahtar kullanarak pilin kendisini ısı varlığında geri döndürdüğü fark edildi. Matsushita, “Böyle bir tasarımla, genellikle düşük kaliteli enerji olarak kabul edilen ısı, büyük bir yenilenebilir enerji kaynağı haline gelir” dedi.

Ekip, uygulanabilirliği, çevre dostu olması ve küresel enerji krizini çözmeye yardımcı olma potansiyeli nedeniyle keşiflerinden dolayı çok heyecanlı. Matsushita, “Radyasyon korkusu yok, pahalı yağ korkusu yok, güneşe ya da rüzgâra dayanmak gibi güç üretiminin dengesizliği yok” diyor. Bu tip pilin daha da geliştirilmesi, bir gün gezegenimize zarar vermeden insanlığın enerji ihtiyaçlarını çözme umuduyla gelecek araştırmaların amacı olacaktır.

Kaynak: ThinkGeoEnergy