Kağıt Pil Nedir?

Çevre dostu olarak bilinen kağıt pil yüzde 90’a kadar selülozdan oluşmaktadır. Pil, yaklaşık 0.025 mm kalınlığındaki sıradan bir yazıcı kağıdından daha kalın değildir. Kağıt pilin yapısı incelendiğinde kağıt (selüloz) üzerine yerleştirilmiş karbon nano tüplerden oluşan esnek ve hafif bir yapıda olduğunu görürüz.

Temel olarak selülozun karbon nanotüplerle birleştirilmesiyle oluşan kağıt pil, elektrolit olarak iyonik bir sıvıdan oluşan kağıt ile karbon nanotüplerin infüzyonundan oluşur.

Kağıt piller tek kullanımlık olmasının yanı sıra bütünlük veya verimlilikte herhangi bir kayıp olmadan farklı uygulamalar için katlanabilir, kesilebilir veya şekillendirilebilir.

Kağıt Pilin Yapısı​

Kağıt pil yapmanın birçok yolu vardır. Kağıt pil yapma konusunda ilk ve en önde gelen yöntemi kimyager Robert Linhardt önerdi ve kağıt piller ile ilgili proje başlatılmış oldu.

Kağıt pil yapılırken; kağıt, iletken karbon nanotüpler üzerine katmanlanmıştı bu kombinasyon, pilleri oluşturmak için sağlam bir malzeme olsa da malzemeler esnetildiğinde parçalandı ve sorunlar ortaya çıktı.

Yapılan araştırmalar sonucu; suda ve organik bir yüzey aktif maddede süspanse ederek bir karbon nanotüp mürekkebi yapıldı. Bu mürekkep bir parça kağıda eşit olarak yayıldı. Mürekkepli kağıt, suyu uzaklaştırmak için fırında ısıtılırken, nanotüpler kağıt liflerine sıkıca bağlandı ve oldukça iletken bir kağıt tabakası oluşturuldu.

Kağıt Pil Nasıl Yapılır?​

Kağıt pil oluşturma ile ilgili bilinen dört yol vardır.

1. Birinci yöntem, çinko ve manganez dioksit bazlı katot ve anot üretimini içerir. Piller, standart serigrafi baskı makinesi kullanılarak kağıda basılmıştır. Bu kağıt, elektrot olarak kullanılan hizalanmış karbon nanotüplerle aşılanmıştır. Kağıt, elektrolit görevi gören bir iyonik sıvı çözeltisine batırılır.
2. İkinci yöntem biraz karmaşıktır ve bir silikon substrat üzerinde büyüyen nanotüpleri içerir. Matristeki boşluklar daha sonra selüloz ile doldurulur ve matris kurutulduktan sonra selüloz ve nanotüp kombinasyonu soyulur. Böylece karbon nanotüp katmanlarından oluşan kağıt tabakalar oluşturulur. Bu tür iki tabaka, elektrolit olarak kullanılan insan kanı, ter veya idrar gibi iyonik bir sıvı ile süper kapasitör oluşturmak üzere birleştirilir.
3. Üçüncüsü basit bir yöntemdir ve bir laboratuvarda oluşturulabilir. Özel olarak formüle edilmiş bir karbon nanotüp mürekkebinin iyonik bir çözelti ile kaplanmış dikdörtgen bir kağıt tabakası üzerine yayılmasını içerir. Daha sonra kağıdın diğer tarafına ince bir lityum filmi lamine edilir. Alüminyum çubuklar daha sonra iki elektrot arasında akım taşımak için bağlanır.
4. Dördüncü yöntem, karbon nanotüpler ile paslanmaz çelik substratın kaplanmasını içerir. Kaplanmış substrat, beş dakika boyunca, 80 santigrat derecede kurutulur, ardından malzeme soyulur. Her bir kağıt pil için bir çift film kullanılır ve her film LTO ve LCO gibi farklı elektrolitlere yapıştırılır. Daha sonra yapıştırıcı kullanılarak iki film arasına bir kağıt sıkıştırılır.

Kağıt Pil Nasıl Çalışır?​

Kağıt pilin dâhili çalışması; 1,5 V üreten standart bir pilin çalışmasına benzer. Geleneksel pilin çalışma yapısı incelendiğinde; iyon adı verilen pozitif yüklü parçacıkların ve elektron adı verilen negatif yüklü parçacıkların anot adı verilen pozitif elektrotlar ile katot adı verilen negatif elektrot arasında hareket ederek çalıştığı gözlemlenir. Elektrolit bir yalıtkan olduğundan ve elektronların hareket etmesi için serbest bir yol sağlamadığından, elektronlar iletken üzerinden anottan katoda akarken akım akar.

Kağıt pilin çalışma şekli, geleneksel bir pil ile oldukça benzerdir. Kağıt pillerde karbon nanotüpler, katot görevi görür, metal anot ve kağıt ayırıcıdır.

Kağıt Pilin Avantajları​

Kağıt pil, standart pillere göre daha avantajlıdır. Kağıt pilin, geleneksel pile göre daha iyi olmasının altı nedenini birlik inceleyelim.

• Kağıt pilin uzun ömürlü olması, kağıt pilin en önemli avantajlarından biridir.
• Kağıt piller, zararlı kimyasal reaksiyonlar içermedikleri için, toksik değildirdirler.
• Kağıt piller esnektirler. Bu sayede verimlikleri düşmeden kolayca katlanabilir veya kesilebilirler. Bunun nedeni; selüloz ve karbon nanotüpler gibi yüksek çekme mukavemetine sahip malzemelerden yapılmış olmalarıdır.
• Biyolojik olarak parçalanabilen ve toksik olmayan selülozdan yapıldıkları için tek kullanımlıktırlar.
• Kağıt pilin avantajlarından bir diğeri de; sıcak ve soğuk gibi zorlu iklim koşullarında kullanılabilmeleridir. Bunun dayanıklılığın sebebi; elektrolitin su içermemesidir, bu da pilin -73 ila 149 santigrat derece aralığında çalışmasını sağlar.
• Kağıt pillerin yapımı sırasında; elektriğin en verimli iletkenlerinden biri olan karbon nanotüpleri kullanılır. Bu da kağıt pilin, geleneksel bir pile göre daha iyi olmasının bir başka nedenidir.

Kağıt Pilin Dezavantajları​

Kağıt pilin avantajlarının yanında, az da olsa dezavantajları da vardır. Kağıt pilin dezavantajları şunlardır:

• Selülozun kesme mukavemeti düşük olduğu için bu piller düşük mukavemete sahiptir ve kolayca yırtılabilir.
• Karbon nanotüplerin yapımı pahalıdır.

Kağıt Pil Nerelerde Kullanılır? Kağıt Pilin Kullanım Alanları​

Kağıt pil, taşınabilirlik ve boyutun temel gereksinim olduğu birçok alanda fayda sağlar. Kağıt pilin kullanım alanları incelediği zaman; akıllı kartlar, dijital saatler gibi günümüz elektronik cihazlarında kullanıldığını görebiliriz.

Kağıt pil nerelerde kullanılır? Sorusunun bir yanıtı da giyilebilir teknolojik ürünler diyebiliriz. Uzun ömürlü ve toksik olmayan ince pil ihtiyacını karşılamasıyla en son Google’ın dikkatini çeken kağıt piller, Google Glass ürünün de kullanılmıştı.

Kağıt pilin kullanım alanları; hesap makineleri, kol saatleri, fare, bluetooth kulaklıklar, tuş takımları gibi düşük güç gerektiren kablosuz iletişim cihazları için de kullanılabilir.