Hong Kong Şehir Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, memeli canlıların terleme mekanizmasından ilham alarak lityum iyon piller için devrim niteliğinde bir termal yönetim sistemi geliştirdi. “Deri benzeri” bu özel membran, atmosferdeki nemi emip sıcaklık yükseldiğinde buharlaştırarak pillerin adeta “terlemesini” sağlıyor. Enerji tüketmeyen bu pasif soğutma teknolojisi, pil ömrünü iki katına çıkarırken aşırı ısınmadan kaynaklanan güvenlik risklerini de minimize ediyor. Özellikle dronlar ve insansı robotlar gibi yüksek performans gerektiren alanlarda geleneksel soğutma sistemlerine kompakt ve ölçeklenebilir bir alternatif sunuyor.
Günümüzün en verimli enerji depolama çözümleri olan lityum iyon piller, şarj ve deşarj döngüleri sırasında enerjilerinin bir kısmını kaçınılmaz olarak ısı şeklinde dışarı veriyor. Kontrol altına alınmayan bu ısı, pilin iç bileşenlerinin hızla aşınmasına veya en kötü senaryoda “termal kaçak” denilen tehlikeli bir zincirleme reaksiyona yol açabiliyor. Mevcut teknolojilerde bu sorunu çözmek için fanlar, ısı emiciler veya karmaşık sıvı soğutma sistemleri kullanılıyor. Ancak bu geleneksel yöntemler hem ek alan kaplıyor hem de pilin sağlamaya çalıştığı enerjinin bir kısmını tüketerek verimliliği düşürüyor.
Doğadaki buharlaşmalı soğutma verimliliğini teknolojiye uyarlamak isteyen Dr. Zengguang Sui liderliğindeki araştırma ekibi, pil hücresini bir kılıf gibi saran “Deri İlhamlı Adaptif Nanokompozit Soğutma Membranı”nı tasarladı. Bu gelişmiş yapı; su emilimi için lityum klorür, ısı transferini kolaylaştırmak için grafen oksit ve geniş bir buharlaşma yüzeyi sağlamak için aktif karbon fiberden oluşuyor. Tüm bu bileşenler gözenekli bir PTFE membran içinde muhafaza edilirken, ısının tüm yüzeye eşit dağılması için yapı bakır bir çerçeve ile destekleniyor.
Sistem, “desorpsiyonlu soğutma” prensibiyle çalışıyor. Pil operasyon sırasında ısındığında, membran içinde depolanan su termal enerjiyi emerek buharlaşıyor ve ısıyı pilden uzaklaştırıyor. Pil soğuduğunda veya bekleme moduna geçtiğinde ise higroskopik özellikteki lityum klorür, çevredeki nemi otomatik olarak geri çekerek soğutma sistemini herhangi bir harici güç kaynağına ihtiyaç duymadan adeta “yeniden şarj” ediyor. Laboratuvar testlerinde bu membran, yüksek ısı akışı koşullarında pil sıcaklığını 34,3 santigrat derece düşürmeyi başardı. Ticari bir pil üzerinde yapılan denemelerde ise cihazın operasyonel ömrü 118 döngüden 233 döngüye çıkarılarak neredeyse iki katına ulaştı.
Geliştirilen teknoloji sadece sıcaklık kontrolü sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda alev geciktirici özelliğiyle olası arızalarda yangın riskini de ciddi oranda azaltıyor. Mekanik parça içermeyen, hafif ve kompakt yapısı sayesinde bu pasif sistemin özellikle ağırlık ve alan kısıtlamasının kritik olduğu insansız hava araçları ve gelişmekte olan insansı robotik alanında yeni bir dönem başlatması bekleniyor. Araştırmanın tüm detayları, bilim dünyasının saygın yayınlarından ACS Nano dergisinde yayımlandı.