Montmorillonitin yeni enerji alanındaki potansiyeli
Montmorillonit (MMT), katmanlı bir silikat mineralidir. Yapısında, alüminyum-oksijen oktahedralarındaki yüksek değerlikli alüminyum atomları, düşük değerlikli atomlarla kolayca yer değiştirebilir ve bu da katmanlar arasında negatif bir yük oluşmasına neden olur. Katmanlar arası yapının stabilitesini korumak için montmorillonit, çevresinden Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ ve K+ gibi katyonları adsorbe eder. Bu özellik, montmorillonite güçlü adsorpsiyon ve katyon değişim yetenekleri kazandırır. Bu benzersiz yapı ve değişim kapasitesi, montmorillonite yeni enerji teknolojileri alanında önemli uygulama potansiyeli kazandırır.
Lityum Pil Malzemeleri
(1) Katı Hal Elektrolitleri İçin
Çok sayıda çalışma, yeni bir inorganik dolgu maddesi olan montmorillonitin (MMT), katı polimer elektrolitlerin (SPE’ler) iyonik iletkenliğini ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir.
(2) Yapay SEI Katmanlarının Oluşturulması
Yapay katı elektrolit ara faz (SEI) filmlerinde, katmanlı montmorillonit-lityum (Li-MMT), SEI katmanına iyi mekanik özellikler kazandırır ve lityum dendrit büyümesini baskılamaya yardımcı olan Li+ taşıma kanalları sağlar. Li-MMT’deki hızlı Li+ kanallarından yararlanan, Li-MMT SEI katmanıyla birleştirilmiş bir Li-LiFePO4 tam hücresi, üstün hız performansı sergiler ve 1C hızında 400 döngüden sonra %90,6’lık yüksek bir kapasite tutma oranı sağlar.
(3) Ayırıcı Optimizasyonu
MMT, mükemmel adsorpsiyon özellikleri nedeniyle ayırıcıları optimize etmek için kullanılır. Ticari PE ayırıcılarla karşılaştırıldığında, Li-MMT ile modifiye edilmiş ayırıcı, elektrot/elektrolit arayüzünde daha yüksek bir Li+ konsantrasyonuna sahiptir, bu da seçici lityum birikimini azaltır, yerel akım yoğunluğunu zayıflatır ve dendrit büyümesini baskılar.
(4) Sıvı Elektrolitlerin Optimizasyonu
Lityum metal pil sistemlerinde, PEO elektrolitlerine kıyasla montmorillonit, +26 mV’luk bir zeta potansiyeli ile metalik lityumla daha güçlü bir afinite gösterir ve bu da montmorillonit yüzeyinin yakınındaki lityum iyonlarının zenginleşmesini destekler. Lityum iyonlarının adsorpsiyonu ve ayrılmasıyla, aşırı potansiyel hafifçe -57,7 mV’a yükselir ve lityum iyonlarının montmorillonitten göç ederek bakır akım toplayıcı yüzeyine birikmesine neden olur.
(5) Taşıyıcı Malzemeler
Süper Kapasitörler
Şablon Malzemeler
Atapulgit, montmorillonit, halloysit ve diatomit gibi bazı doğal minerallerin belirli morfolojileri vardır ve bunlar genellikle belirli morfolojilere sahip gözenekli karbon malzemeleri sentezlemek için şablon olarak kullanılır. Ayrıca, belirli morfolojilere sahip iletken polimerler mineral şablon yöntemi kullanılarak sentezlenebilir. (2) Elektrot Taşıyıcı Malzemeler
Belirli morfolojilere sahip aktif malzemeler elde etmek, aynı zamanda özgül kapasitansı artırmak ve döngü kararlılığını iyileştirmek için, montmorillonit ve halloysit gibi minerallerin yüzeyine aktif malzemeler yüklenebilir.
Metan Depolama Malzemeleri
Araştırmacılar, geleneksel sıkıştırılmış doğal gaz ve sıvılaştırılmış doğal gaz teknolojilerine alternatif olarak ekonomik, kullanışlı ve güvenli olan adsorpsiyon tabanlı doğal gaz depolama teknolojisinin kullanımını araştırmaktadır. Çalışmalar, kil minerallerinin kaya gazı rezervuarlarının oluşumunda ve gelişiminde olumlu bir rol oynadığını ve gaz depolama kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir.
Elektrokatalitik Malzemeler
Elektrokataliz, elektrot/elektrolit arayüzünde yük transfer reaksiyonlarını hızlandıran bir kataliz türüdür ve elektrokimyasal hidrojen oluşumu, oksijen oluşumu ve NOx indirgenmesi gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Montmorillonit gibi kil mineralleri, partikül agregasyonunu önlemek, hassaslaştırıcı moleküllerin kararlılığını artırmak ve reaksiyon seçiciliğini artırmak için fotoelektrokatalitik elektrot reaksiyon bileşenleri için taşıyıcı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Faz Değişimi Termal Enerji Depolama Malzemeleri
Faz değişimi termal enerji depolama malzemeleri (FDM’ler), faz değişimi sırasında ısı emilimini veya salınımını termal enerji depolama ve salınımı için kullanan yeni bir tür fonksiyonel malzemedir. Doğal mineraller, faz değişimi termal enerji depolama alanında önemli bir rol oynar. Bir yandan, doğal minerallerin kendileri mükemmel inorganik faz değişim malzemeleridir ve uygun çekirdekleştirici maddeler ve koyulaştırıcılar eklendikten sonra yüksek performanslı faz değişimi termal enerji depolama malzemelerine dönüştürülebilirler. Diğer yandan, minerallerin gözenekli yapısı, faz değişimi termal enerji depolama malzemeleri için mükemmel bir taşıyıcı görevi görebilir.