Ağaç Sakızı Atılımı, Süperkapasitör Ömrünü Uzatıyor

Piller, en popüler enerji depolama cihazlarından biridir. Bu elektrokimyasal cihazlar, zarar görmeden birçok kez şarj ve deşarj edilebilir. Enerji maliyetlerinin düşmesi, enerji bağımsızlığının artması, şebeke istikrarının iyileşmesi ve yenilenebilir enerji entegrasyonunun desteklenmesi gibi birçok fayda sunarlar.

Ancak, bataryalardan çok daha büyük yeteneklere sahip başka bir elektrokimyasal enerji depolama cihazı da vardır. Bu cihaz bir süperkapasitördür, aynı zamanda ultrakapasitör veya elektrokimyasal kapasitör olarak da adlandırılır.

Yüksek kapasiteli bir enerji depolama cihazı olan süperkapasitör, piller ile geleneksel kapasitörler arasındaki boşluğu doldurur.

Bu cihaz, şarj edilebilir pillerin yaklaşık bin katı olan yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir. Ayrıca bir kapasitörden daha fazla yük depolar ve pillerden daha hızlı şarj ve deşarj olur.

Uzun döngü stabilitesine ek olarak, süperkapasitörler hızlı şarj/deşarj verimliliğine sahiptir, bu da onları ani güç patlamalarına ihtiyaç duyan uygulamalar için uygun kılar. Günümüzde süperkapasitörler, lazerler, taşınabilir güç kaynakları, kamera flaş ekipmanları, darbeli ışık jeneratörleri, yenilenebilir enerji sistemleri, hibrit elektrikli araçlar ve endüstriyel güç yedekleme gibi çeşitli uygulamalarda giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Şu anda, bir süperkapasitör, dış devreye bağlanan iki elektrottan, elektrolit (iyonik bir iletken) ve bir ayırıcı (elektrotları elektriksel olarak ayıran ve belirli iyonların geçişine izin vererek sistemde açık devre oluşmasını önleyen bir membran) tarafından ayrılmış iki elektronik iletkenden oluşur.

Yüksek güç yoğunluğu ve geri dönüştürülebilirlik gibi çevre dostu özellikleri nedeniyle, süperkapasitör en yaygın ve aktif olarak araştırılan enerji depolama sistemlerinden biridir.

Bir süperkapasitörde, yüzey kontrollü reaksiyon esas olarak kapasitesini belirler. Bu nedenle, elektrot ve elektrolit arasındaki stabil bir arayüz, yüksek performans elde etmek ve istikrarlı elektrokimyasal performans sağlamak için anahtardır.

Arayüz özellikleri yüksek elektrokimyasal performansı sağlamak için kritik öneme sahiptir, bu yüzden araştırmacılar bunlarla ilgili sorunları iyileştirmek ve aşmak için çeşitli yöntemler geliştirmektedir.

Ancak, tüm bu girişimler ölçeklenebilirlik, maliyet, çevre dostu olma ve işlemdeki birden fazla adım gibi önemli sınırlamalarla karşı karşıyadır. Bu nedenle, bu kriterleri karşılayan ve uzun vadeli kullanım için yüksek enerji/güç yoğunluğuna sahip bir süperkapasitör elde edebilen sürdürülebilir bir çözüm bulmak hayati önemdedir.

Bu yüzden, üç farklı kurumdan araştırmacı ekibi, gum kondagogu veya sodyum aljinat (KS) içeren konjuge bir biyopolimerden oluşan yeni bir elektrolit katkısı tanıtmak için bir araya geldi. Bu ağaç sakızı sadece yaygın olarak bulunmakla kalmaz, aynı zamanda geri dönüştürülebilir.

Ağaç sakızının eklenmesi, elektrot yüzeyinde yan ürün oluşumunu önleyen ve iyon/elektron taşımasını kolaylaştıran koruyucu bir tabaka oluşturdu. Özellikle, bu yeni katkı konseptinin süperkapasitör sisteminde kullanılması elektrokimyasal güvenilirliği artırdı.

Daha da düşük bir KS konsantrasyonu, yani 5 mg ml-1’de, kapasite tutumu, 4.0 mA cm-2 akım yoğunluğunda 30.000 çevrimde %35 artarak %93’e ulaştı. Asidik H2SO4 elektroliti ve karbon bazlı elektrot kullanımı göz önüne alındığında bu gerçekten “dikkate değer” bir sonuçtur.

Çalışma, biyopolimer konjuge elektrolit katkısının tanıtılmasıyla süperkapasitörün uzun vadeli işletiminde önemli bir iyileşme sağlayan “en erken rapor” olduğunu belirtiyor. Bu çözüm, sadeliği, düşük maliyeti ve çevre dostu olması sayesinde ticarileştirilebilme potansiyeline sahiptir.

Ağaç Sakızının Yeni Nesil Süperkapasitörlerdeki Rolü

Araştırmacılar İskoçya, Güney Kore ve¹ Hindistan’daki üniversitelerden bu araştırmayı yürüttüler ve bu çalışma bu ay Energy Storage Materials dergisinde yayınlandı.

Bu, University of Glasgow, Chung-Ang University, Ajou University, Amrita University ve Myongji University’yi içerir; bu kurumlar birlikte biyouyumlu ve mükemmel elektrokimyasal güvenilirlik sunan son derece stabil bir süperkapasitör için konjuge KS kompozit yapısını tasarladılar.

Burada kullanılan atık sakız, Hindistan’daki ağaçlar tarafından üretilmektedir. Ağaç sakızları, gıda, kozmetik ve ilaç gibi sektörlerde geniş kullanım alanlarına sahiptir. Ancak bu özel sakızın pratik bir kullanım alanı çok azdır.

Aslında, kullanılan sakızlar “Hindistan hükümetinin bertaraf etmesi için biraz baş ağrısı” oluşturuyor, diye belirtti çalışmanın sorumlu yazarı, University of Glasgow James Watt School of Engineering’den Dr. Jun Young Cheong. Şöyle ekledi:

“Bu araştırma sayesinde, bu sakızdan gerçekten etkili bir şey üretmenin yolunu bulduk; biyobozunur, geri dönüştürülebilir bir biyopolimer yaratarak olağanüstü performans sağlıyor ve süperkapasitörlerin kullanılabilir ömrünü önemli ölçüde uzatabilir.”

Asidik elektrolitlerin kullanımı, süperkapasitörlerin uzun vadeli performansını etkiler. Metal elektrotlarla istenmeyen yan reaksiyonlara neden olarak, zaman içinde tam şarj tutma kapasitelerini azaltırlar.

Ayrıca, süperkapasitörlerin ömrünün sonunda değiştirilmesi, geri dönüştürülmesi ve bertaraf edilmesi sorunu da vardır. Bu, çevresel ve sağlık açısından önemli tehlikeler oluşturan hızla artan elektronik atık sorununa katkıda bulunur.

Bu yüzden ekip, Cochlospermum Gossypium ya da Kondagogu (KO) ağacının kabuğundan üretilen bir polisakarit (kompleks biyomolekül) olan gum kondagogu’yu kullandı. Araştırmacılar bunu sodyum aljinat ile birleştirerek ‘KS’ adlı sünger benzeri bir biyopolimer ürettiler.

Bu biyopolimerin asidik elektrolite eklenmesi, karbon elektrotlarında koruyucu bir tabaka oluşturdu; bu da elektrotların fiziksel bozulmasını önlemeye yardımcı oldu. Bu koruma, iyon taşıma sürecini etkilemeden sağlandı ve süperkapasitörün şarj ve deşarj olmasını mümkün kıldı.

Geliştirilmiş elektrolit, süperkapasitörün performansını önemli ölçüde artırdı.

“Laboratuvarda, 30.000 çevrimde mükemmel performans gösterdik. Eğer günde bir çevrim çalıştırırsak, süperkapasitör teorik olarak 80 yıldan fazla sürecek ve önemli bir performans kaybı yaşamayacaktır; bu da süperkapasitörlerin cihazlarda çok daha uzun süre değiştirilmeden kullanılabileceği anlamına gelir.”

– Dr. Cheong

Araştırma aslında Dr. Cheong’un bataryalarda biyolojik atık kullanımına yönelik devam eden araştırmasına dayanmaktadır. Araştırması ayrıca, su içinde çözünebilen sakız bağlayıcılarının Li-ion bataryalardaki grafit anotlarda kullanılmasının etkinliğini göstermiştir.

“Doğal grafit anot için su içinde çözünebilen biy atık sakız bağlayıcıları” araştırması geçen yaz yayınlandı ve çevreye zararlı N-Methyl-2-pyrrolidone kullanan geleneksel poliviniliden florür (PVdF) bağlayıcısının yerine su içinde çözünebilen bir bağlayıcı kullanılmasını ele alıyordu.

Çalışma, Cochlospermum gossypium ağacının sakızından elde edilen PVdF ve su içinde çözünebilen biy atık (W-SB) bağlayıcıları kullanarak doğal grafit bazlı anotların üretimini detaylandırdı. Her iki durumda da bağlayıcı %10 ağırlık oranında kullanıldı.

NG-W-SB elektrodu, döngü sonrası iyi mekanik özellikler gösterdi ve yapısal bütünlüğünü koruyarak elektrottaki düşük şarj transfer direncini teşvik etti. Ayrıca ilk çevrimde yüksek akım zirveleri göstererek elektrokimyasal performansın arttığını gösterdi; bu durum, NG-PVdF elektrodunun biraz düşük zirveler göstermesi ve 200 çevrimden sonra kapasite bozulmasıyla karşılaştırıldığında belirgindir. NG-W-SB ise 360 çevrimde daha yüksek stabil kapasite tutumu sergiledi.

“Genel olarak, W-SB bağlayıcıları, çok geliştirilmiş döngü tutma özellikleri, karşılaştırılabilir hız yetenekleri ve daha düşük elektrot direnci gösterdi; bu da biyolojik atık (sakız) kullanımını LIB uygulamaları için fonksiyonel su içinde çözünebilen bir bağlayıcı olarak benimsemenin yeni bir yolunu açtı,” diye not etti çalışma.

Dr. Cheong’un bir diğer araştırması, “Organik malzemeden elde edilen aktif karbon, çevre dostu dut kağıdı süperkapasitörü” başlığını içeriyor; burada yaygın bir atık olan portakal kabuğu (OP) kullanılarak aktif karbon (AC) hazırlanmış ve dut kağıdı (MP) üzerine kaplanmıştır; dut kağıdı hidrofobik, yüksek holoselüloz içeriği ve aktif maddeyle güçlü bağ gösterir. Burada süperkapasitör için çift katmanlı MP üretmek amacıyla polietilen (3,4-ethylenedioxythiophene) polistiren sülfat (PEDOT:PSS) başka bir kaplama olarak kullanıldı.

Süperkapasitör Alanındaki Diğer Gelişmeler

Süperkapasitörlerin çeşitli uygulamalardaki kritik önemi göz önüne alındığında, dünya çapındaki araştırmacılar performanslarını artırmanın yollarını aktif olarak araştırmaktadır.

Kapasiteyi Artırmak İçin Plazma İşlemi

Bu ayın başlarında, Rusya’daki Skolkovo Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (Skoltech) bilim insanları, süperkapasitörlerin kapasitesini iki katına çıkarabilen bir plazma işlemi ortaya çıkardılar.

Çalışmanın baş araştırmacısı Yardımcı Doçent Stanislav Evlashin’e göre ekip, süperkapasitörlerin performansını “elektrotlarında kullanılan karbon bazlı malzemeyi değiştirerek” iyileştirmenin yollarını araştırıyor.

Evlashin, bir süperkapasitörün depoladığı enerjiyi artırmanın iki yolu olduğunu açıkladı:

“Ya elektrotların etkili yüzey alanını karmaşık yüzey tasarımıyla artırırsınız ya da elektrotların karbon malzemesine yabancı atomlar eklersiniz.”

Çalışmaları, plazma işlemi yoluyla süperkapasitör elektrotlarının karbon malzemesine yabancı atomların eklenmesinin etkisine odaklandı.

Ekip, altı farklı kimyasal bileşimli plazmanın karbon nano duvarlarının kapasitesi üzerindeki etkisini test etti; ancak yalnızca azot ve argon karışımından oluşan plazma önemli bir iyileşme gösterdi.

“İlk olarak, karbon nano duvar yapılarının büyümesinden sonra kalan amorf karbonun temizlendiğini gördük. Bunu, yeni kusurların oluşması ve heteroatomların karbon malzeme yapısına dahil edilmesi izledi. Amorf karbon ve nitrojen heteroatomları, psödo-kapasite oluşumuna katkıda bulunur.”

– Evlashin

Elektrot ve Malzeme Mühendisliğiyle Performansın İlerlemesi

Bu hafta, University of California’dan araştırmacılar, geniş sıcaklık aralığında ZHSC’ler (çinko iyon süperkapasitörleri) için elektrokristalleşme yönelimini mühendislik etti⁴ ve yüzey aktivasyonunu gerçekleştirdiler.

Çalışmanın belirttiği gibi, anot ve katot kapasitesinin eşleştirilmesi, elektrokimyasal hücre performansını maksimize etmek için gereklidir. Bu nedenle, ZHSC’lerde elektrot kullanımını dengelemek için iki yaklaşım sundular.

Bu, anodu bakır nanopartiküllerle değiştirerek dendrit oluşumunu en aza indirmeyi (bu da çevrim ömrünü artırır) içerir. Diğer strateji ise elektrolit reaksiyonu yoluyla aktif karbon katotunun kapasitesini artırmaktı.

Tam hücre, 2 V’a kadar 50.000 tam şarj-deşarj çevriminden sonra bile kapasitesinin %84’ünü korudu. Bununla birlikte, kümülatif kapasitesi 19.8 Ah cm−2 idi ve ZHSC’leri aşıyor; bu cihaz tasarımı “kesintisiz güç kaynakları ve sık çevrim gerektiren enerji toplama sistemleri gibi yüksek dayanıklılık gerektiren uygulamalar için umut verici” olarak belirtildi.

Geçen ay yapılan bir çalışma ise, lityum kobalt oksidin anyonik yapısını değiştirerek süperkapasitörlerin enerji yoğunluğunu ve şarj depolama kapasitesini artırmayı önerdi.

Bunun için lityum kobalt oksit, LiCoO1.6(F0.8Cl0.2)0.4 olarak modifiye edildi; bu malzeme, 512 F g−1 kapasitans ve 2 A g−1 akım yoğunluğunda 4000 çevrim sonrası %92’nin biraz üzerindeki coulombik verimlilik gibi etkileyici performans özellikleri gösterdi. Çalışmaya göre, modifiye malzemenin yüksek akım oranlarındaki elektrokimyasal stabilitesi ve düşük eşdeğer seri direnci, onu gelecekteki süperkapasitör teknolojisi gelişmeleri için önemli bir aday konumuna getiriyor.

Daha Fazla Enerji Depolama İçin Plastik Süperkapasitörler

Araştırmacılar, süperkapasitörleri geliştirmek için hatta plastik de kullanıyor. UCLA kimyagerleri, daha fazla yüzey alanına ve üstün elektriksel iletkenliğe sahip, tüy benzeri PEDOT nanolifleri geliştirdi.

PEDOT veya polietilen (3,4-ethylenedioxythiophene), elektronik bileşenlerin ve fotoğrafik filmlerin yüzeylerine statik elektriğe karşı koruma sağlamak için uygulanan şeffaf ve esnek bir filmidir. Enerji depolama potansiyeli ise sınırlıdır çünkü PEDOT malzemeleri büyük miktarda enerji tutmak için gereken elektriksel iletkenlik ve yüzey alanına sahip değildir.

Ancak, yenilikçi bir yöntem kullanarak, kimyagerler PEDOT’un morfolojisini hassas bir şekilde kontrol ederek nanolifleri büyüttüler. Buhar fazı büyüme süreci, dikey PEDOT nanolifleri oluşturdu; bu lifler, yukarı doğru büyüyen yoğun çimen gibi göründü.

“Malzemenin benzersiz dikey büyümesi, geleneksel PEDOT’tan çok daha fazla enerji depolayan PEDOT elektrotları oluşturmamıza olanak tanıyor.”

– İlgili yazar, UCLA malzeme bilimcisi Maher El-Kady

Ekip, geleneksel PEDOT’tan neredeyse on kat daha fazla yük depolayan ve neredeyse 100.000 şarj çevrimi süren bir süperkapasitör oluşturdu.

İlgili yazar, kimya ve aynı zamanda malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Richard Kaner’e göre:

“Elektrotlarımızın olağanüstü performansı ve dayanıklılığı, grafen PEDOT’un süperkapasitörlerde kullanılmasının toplumumuzun enerji ihtiyaçlarını karşılamada büyük potansiyel gösterdiğini ortaya koyuyor.”

Kendinden şarj olan süperkapasitörler hakkında tüm bilgileri öğrenmek için buraya tıklayın.

Şarj Hızını Artırmak İçin Süperkapasitörleri Bataryalara Eklemek

Tüm bu araştırmalar arasında, Alman otomobil üreticisi BMW bile bir dakikada hibrit yarış arabalarını şarj edecek bir süperkapasitör patenti başvurusunda bulundu.

Şirket, şarj süresini önemli ölçüde azaltmak için bataryalara motorsporları için özel bir süperkapasitör ekleme potansiyelini araştırıyor. Başvuruya göre, 20 kWh’den fazla kapasiteye sahip bir hibrit süperaracı mevcut batarya tabanlı bir sistemle birleştirmek, her iki sistemin bazı temel dezavantajlarını aşmaya yardımcı olacak.

BMW, “yarış pistinde aracı sürmek isteyen bir müşteri için, bu kısa kesintilerle fiziksel limitlerde sürekli sürüş fırsatı sunabilir” şeklinde tahmin ediyor.

Rakibi Volkswagen Group ise, Lamborghini Sian’da zaten bir süperkapasitör kullanıyor. Süperkapasitör, elektrik enerjisini depoluyor ve ardından bir elektrik motoruna besliyor. Sian, 577 kW 6.5 litre V12’ye e-boost sağlamak veya düşük hızlı manevralarda tamamen elektrikle çalıştırmak için şanzımana entegre 25 kW bir motor içeriyor.

Alandaki Yenilikçi Şirketler

Küresel süperkapasitör pazarının büyüklüğü, sürdürülebilir ve enerji verimli depolama çözümlerine artan talep nedeniyle milyarlarca dolar seviyesindedir. Bu nedenle, Panasonic Corporation ve Skeleton Technologies gibi birçok şirket teknolojiyi geliştirmek için çalışmaktadır.

Bu alandaki önde gelen bir isim AVX Corporation’dır; 2020’de Japon elektronik üreticisi Kyocera Corporation tarafından satın alındı ve AVX ortak hisseleri NYSE’de işlem görmeyi bıraktı. Kyocera hisseleri ise OTC piyasasında (KYOCF:OTCPK) 10,70 $’dan işlem görmekte ve piyasa değeri 15,85 milyar $’dır. %3,12 temettü getirisi ödemektedir.

KEMET Corporation, DC devrede uygulandığında ikincil batarya olarak kullanılabilen yüksek performanslı bir dizi süperkapasitör sunmasıyla da tanınır. Resmi web sitesine göre, bu cihazlar düşük voltajlı DC tutma uygulamaları için en uygundur. Aslen 1990’da NYSE’de halka açılan bir ABD şirketi olan KEMET, 2020’de Tayvanlı Yageo Corporation tarafından satın alındı.

Maxwell Technologies, ultrakapasitörlerin bir diğer önde gelen üreticisidir. Tesla, 2019’da şirketi satın aldı, ancak 2021’de UCAP Power’a sattı. Maxwell’i satmasına rağmen, 817,34 milyar $ piyasa değerine sahip EV ve batarya üreticisi, kapasitör teknolojisine dayanan kuru elektrot üretim sürecini korudu. TSLA hisseleri şu anda YTD %37’den fazla düşüş göstererek 248,80 $’da işlem görüyor.

Avustralya merkezli CAP-XX ise, tüketici el cihazları, ticari ve endüstriyel elektronik ve temiz enerji uygulamaları için ince, prizmatik süperkapasitörler üretmektedir. Londra Borsası AIM piyasasında listelenmiştir.

CAP-XX’in süperkapasitörleri yüksek enerji yoğunluğu, yüksek hücre voltajı ve son derece düşük sızıntı akımı sunar. Süperkapasitörleri sayesinde üreticiler, batarya boyutunu, ağırlığını ve maliyetini, bileşen sayısını ve maliyetini ve çevresel etkilerini azaltabilir.

Sonuç

Piller ışıkları çekerken, süperkapasitörler küresel enerji ekosisteminin en kritik bileşenlerinden biri haline geldikçe ilgi görmeye devam ediyor. Sonuçta, yüksek verimlilik, uzun çevrim ömrü ve anlık güç teslimatı sunabilirler.

Şu anda, süperkapasitörler, tüketici elektroniği, yenilenebilir enerji dengelemesi, hibrit EV’ler ve hızlı şarj-deşarj çevrimleri ve uzun çalışma ömrü gerektiren yedek güç gibi enerji depolama sektöründe tamamlayıcı bir rol oynamaktadır.

Dolayısıyla, süperkapasitörlerin daha geniş çapta benimsenmesi hâlâ maliyet, malzeme ve çevresel endişelerle sınırlıdır. Ancak, ağaç sakızı bazlı biyopolimerler gibi yaklaşımlar bu zorlukları ele alıyor ve süperkapasitörler için umut verici bir geleceğe işaret ediyor. Ticarileşme zaman alacak, ancak ölçeklendikçe süperkapasitörler ana akım haline gelebilir ve sürdürülebilir enerji sistemlerinde kilit bir rol oynayabilir.

En iyi batarya hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

Referans Alınan Çalışmalar:

1. ​Lee, S., Park, J. Y., Yoon, H., Park, J., Lee, J., Hwang, B., Padil, V. V. T., Cheong, J. Y., & Yun, T. G. (2025). Biyopolimer konjuge elektrolit katkısı ile sağlanan stabil elektrot-elektrolit arayüzüne sahip uzun ömürlü süperkapasitör. Energy Storage Materials, 67, 104195. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104195

2. Chang, J. H., Pin, M. W., Msalilwa, L. R., Shin, S. H., Han, C., Yu, H., Chandio, Z. A., Padil, V. V. T., Kim, Y., & Cheong, J. Y. (2024). Lityum iyon bataryalar için doğal grafit anotunda su içinde çözünebilen biy atık sakız bağlayıcıları. Journal of Electroanalytical Chemistry, 967, 118467. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2024.118467

3. Han, Y., Yoon, H., Cheong, J. Y., & Hwang, B. (2025). Organik malzemeden elde edilen aktif karbon, çevre dostu dut kağıdı süperkapasitörü için. International Journal of Energy Research, 2025, 8791702. https://doi.org/10.1155/er/8791702

4. Yao, L., Koripally, N., Shin, C., et al. (2025). Geniş sıcaklık aralığında çinko iyon süperkapasitörlerinde elektrokristalleşme yönelimi ve yüzey aktivasyonunun mühendisliği. Nature Communications, 16, 3597. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58857-5

5. Hashemzadeh, S. M., Khorshidi, A., & Arvand, M. (2025). Yüksek performanslı süperkapasitörlerde uygulama için lityum kobalt oksitte anyon mühendisliği. Scientific Reports, 15, 10064. https://doi.org/10.1038/s41598-025-95338-7