Patent Adı (Türkçe çeviri): Polimer Bazlı Bir Elektrolit ve Bunun Elde Edilme Yöntemi
FMH Durumu: Avrupa ve Japonya'da tescilli patentler; ABD'de yayımlanmış patent başvurusu; Türkiye, ABD, Japonya ve Almanya için koruma/başvuru kapsamı bildirilmiştir
Teknoloji Alanı: Katı Polimer Elektrolitler / Yapısal Enerji Depolama / Süperkapasitörler / Esnek Enerji Sistemleri
TRL: TRL 3
Polioksazolin bazlı bu elektrolit teknolojisi, iyon iletkenliği ile mekanik dayanımı aynı polimer ağ içerisinde bir araya getirerek enerji depolama bileşenlerinin yalnızca elektriksel değil, yapısal bir işlev de üstlenmesine olanak sağlamayı amaçlar. Esnek elektroniklerden yapısal süperkapasitörlere kadar farklı enerji depolama sistemlerine uyarlanabilen çok fonksiyonlu bir malzeme platformu sunmaktadır.
Teknolojiye Genel Bakış
Bu teknoloji, polioksazolin (POZ) bazlı bir elektrolitin epoksi reçine ile çapraz bağlanması sonucunda oluşturulan iyon iletken ve mekanik olarak dayanıklı bir polimer ağ yapısına dayanmaktadır. Polioksazolin zincirleri üzerindeki ikincil amin grupları epoksi gruplarıyla reaksiyona girerek üç boyutlu bir ağ oluşturur. Bu yapı aynı malzeme içerisinde hem iyon taşınımına uygun geçiş yollarının hem de mekanik yük taşıyabilecek çapraz bağlı bir polimer iskeletinin oluşturulmasını sağlar.
Polimer zincirlerinin bir bölümü kuaterner amonyum gruplarına dönüştürülerek ağ içerisinde iyonik gruplar oluşturulabilir. Lityum tuzları ve gerektiğinde iyonik sıvılar veya uygun çözücüler de yapıya dahil edilerek hareketli lityum iyonlarının ağ içerisindeki geçiş yollarından taşınması desteklenir. Polimer yapısı, çapraz bağ yoğunluğu ve kullanılan iyonik bileşenlerin seçimi sayesinde iyon iletkenliği ve mekanik özellikler hedef uygulamaya göre ayarlanabilir.
Teknolojinin temel farklılaştırıcı yönü, enerji depolama sistemlerinde sıklıkla karşılaşılan iyonik iletkenlik ile mekanik rijitlik arasındaki dengeyi tek bir malzeme mimarisi içerisinde yönetmeye odaklanmasıdır. Elektrolitlerin iyon hareketliliğini artırmak için daha yumuşak hale getirilmesi mekanik performansı düşürebilirken, yüksek çapraz bağ yoğunluğu iyon taşınımını sınırlandırabilir. POZ tabanlı ağ yapısı; molekül ağırlığı, zincir uzunluğu, fonksiyonel grup aralıkları ve çapraz bağ yoğunluğu gibi parametrelerin kontrollü biçimde değiştirilmesine imkan vererek bu iki işlevin birlikte tasarlanmasını sağlar.
İkincil amin gruplarının doğrudan epoksi reçineyle reaksiyona girebilmesi, ağ yapısının oluşturulması için ayrı bir kürleme ajanına olan ihtiyacı da ortadan kaldırabilir. Farklı epoksi çapraz bağlayıcıların seçilmesiyle polimer zincirleri arasındaki mesafe, ağın esnekliği ve mekanik rijitliği değiştirilebilir. Bu tasarım esnekliği, elektrolitin farklı enerji depolama mimarilerine uyarlanabilmesi açısından önemli bir avantajdır.
POZ bazlı elektrolit, ince taşıyıcı filmler veya veil yapıları kullanılarak iyonik iletken prepreg benzeri formlara dönüştürülebilir. Bu yaklaşım; esnek ve giyilebilir süperkapasitörler, yapısal süperkapasitörler, yapısal lityum-iyon bataryalar ve diğer çok fonksiyonlu kompozit enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesi için bir malzeme platformu sunmaktadır.
Problem / Pazar İhtiyacı
Elektrikli araçlar, havacılık sistemleri, giyilebilir elektronikler ve taşınabilir cihazlarda enerji depolama sistemlerinin ağırlığı ve hacmi önemli bir tasarım kısıtıdır. Geleneksel batarya ve süperkapasitör bileşenleri enerji depolama görevini yerine getirirken genellikle yapının mekanik yük taşıma işlevine katkı sağlamaz. Bu nedenle enerji depolama sistemi ve yapısal bileşenler ayrı ayrı tasarlanmak zorunda kalabilir.
Yapısal enerji depolama yaklaşımı, enerji depolama fonksiyonunu mekanik yük taşıyan kompozit yapıların içine entegre ederek toplam sistem ağırlığının ve bileşen sayısının azaltılmasına yönelik yeni tasarım olanakları sunar. Bununla birlikte bu yaklaşım, elektrolitin hem yeterli iyonik iletkenliği hem de mekanik dayanımı aynı anda sağlamasını gerektirir.
Bu teknoloji, çapraz bağlı polioksazolin ağının kimyasal yapısını kontrol ederek iyon taşınımı ile mekanik performans arasında ayarlanabilir bir denge oluşturmayı hedeflemektedir. Böylece geleneksel elektrolitin yalnızca iyon taşıyan pasif rolünden çıkarak çok fonksiyonlu enerji depolama yapısının bir parçası haline gelmesi mümkün olabilir.
Temel Avantajlar
- İyonik iletkenlik ve mekanik dayanımın aynı polimer ağ içerisinde birleştirilmesine yönelik çok fonksiyonlu yapı
- Polioksazolin esaslı kimya sayesinde moleküler yapı ve çapraz bağ yoğunluğunun ayarlanabilmesi
- Epoksi reçinelerle çapraz bağlanarak mekanik olarak dayanıklı ağ oluşturabilme
- İkincil amin grupları sayesinde ayrı bir kürleme ajanına duyulan ihtiyacın azaltılması veya ortadan kaldırılması
- Lityum tuzları ve farklı iyonik bileşenlerle iyon taşınım özelliklerinin uyarlanabilmesi
- Farklı çapraz bağlayıcılarla ağ esnekliği ve rijitliğinin hedef uygulamaya göre tasarlanabilmesi
- Esnek ve giyilebilir enerji depolama sistemlerine uygulanabilme
- Yapısal süperkapasitör ve yapısal batarya gibi çok fonksiyonlu kompozit enerji depolama sistemlerine entegrasyon potansiyeli
Uygulama Alanları
- Yapısal süperkapasitörler
- Esnek ve giyilebilir süperkapasitörler
- Yapısal lityum-iyon bataryalar
- Katı polimer elektrolitli enerji depolama sistemleri
- Esnek elektronikler ve giyilebilir cihazlar
- Otomobil gövde ve kaporta elemanlarına entegre enerji depolama sistemleri
- Uçak ve havacılık yapılarında çok fonksiyonlu enerji depolama kompozitleri
- Enerji depolama işlevi taşıyan yapısal kompozit paneller
İlgili Sektörler
- Enerji Depolama
- Batarya ve Süperkapasitör Teknolojileri
- Otomotiv ve Elektrikli Araçlar
- Havacılık ve Uzay
- İleri Kompozit Malzemeler
- Esnek Elektronikler
- Giyilebilir Teknolojiler
- Fonksiyonel Polimerler
Teknoloji Hazırlık Seviyesi ve Doğrulama
Teknoloji Hazırlık Seviyesi: TRL 3
Teknoloji için konsept gösterimine yönelik çalışma tamamlanmış ve mekanik yapısal özellikleri geliştirilmiş, esnek yüzeylerde enerji depolama uygulamalarına uyarlanabilecek polimer esaslı bir elektrolit yaklaşımının uygulanabilirliği gösterilmiştir.
Henüz fiziksel bir ürün prototipi oluşturulmamıştır. Test ve doğrulama çalışmaları devam etmektedir. Bu nedenle mevcut aşama, malzeme ve sistem konseptinin laboratuvar düzeyinde geliştirilmesine odaklanmakta; nihai cihaz, komponent veya endüstriyel uygulama performansı henüz doğrulanmış kabul edilmemektedir.
Teknoloji TÜBİTAK 1001 projesi kapsamında geliştirilmiştir.
Fikri Mülkiyet
Avrupa Patenti: EP4189764B1
Avrupa Patent Yayını: EP4189764A1
Uluslararası Patent Yayını: WO2022025832A1
Uluslararası Başvuru: PCT/TR2020/050662
Japonya Patenti: JP7679451B2
ABD Patent Yayını: US20240014441A1
Patent Adı: A Polymer-Based Electrolyte And Method For Obtaining The Same
Rüçhan / Uluslararası Başvuru Tarihi: 27 Temmuz 2020
Uluslararası Yayın Tarihi: 3 Şubat 2022
Avrupa Patent Tescil Tarihi: 26 Haziran 2024
Japonya Patent Tescil Tarihi: 19 Mayıs 2025
Başvuru Sahibi / Hak Sahibi: Sabancı Üniversitesi
Formda Bildirilen Koruma / Başvuru Kapsamı: Amerika Birleşik Devletleri, Japonya, Almanya, Türkiye
Ticarileşme Durumu
Teknoloji araştırma aşamasındadır ve lisanslamaya açıktır. Mevcut geliştirme ihtiyacı, malzeme konseptinin hedef enerji depolama sistemlerine entegre edilmesi ve farklı kullanım senaryolarında teknoloji hazırlık seviyesinin yükseltilmesidir.
İş Birliği Olanakları
- Lisanslama
- Bilimsel danışmanlık
- Ortak Ar-Ge ve birlikte geliştirme
- TRL yükseltmeye yönelik kullanım senaryosu geliştirme
Potansiyel iş ortakları arasında katı hal ve polimer elektrolit geliştiren batarya şirketleri, süperkapasitör üreticileri, yapısal enerji depolama ve çok fonksiyonlu kompozitler üzerinde çalışan kuruluşlar, otomotiv ve havacılık üreticileri ile esnek ve giyilebilir elektronik sistem geliştiricileri yer alabilir.
Ortak Ar-Ge açısından öne çıkan alanlar arasında elektrolitin gerçek hücre mimarilerine entegrasyonu, mekanik ve elektrokimyasal performansın birlikte optimize edilmesi, esnek veya yapısal enerji depolama demonstratörlerinin geliştirilmesi ve hedef kullanım senaryolarında TRL'nin yükseltilmesi bulunmaktadır. İyonik iletkenliği artırmaya yönelik olarak tamamen katı yapı yerine hidrojel içeren alternatif formülasyonların araştırılması da gelecekteki geliştirme seçeneklerinden biri olarak değerlendirilebilir.
Buluşçular
Buluşçular: Bekir Dizman, Mehmet Yıldız, Serkan Ünal, Yusuf Ziya Menceloğlu, Leila Haghighi Poudeh
İletişim
Bu teknolojiyle ilgili lisanslama, ortak Ar-Ge veya diğer iş birliği olanakları için Sabancı Üniversitesi Teknoloji Transfer Ofisi (SUATT) ile dpe.suatt@sabanciuniv.edu adresi üzerinden iletişime geçebilirsiniz.