Dünyanın daha fazla, tercihen temiz ve yenilenebilir bir biçimde güce ihtiyacı var.Enerji depolama stratejilerimiz şu anda bu teknolojinin en ileri noktasındaki lityum iyon pillerle şekilleniyor, ancak önümüzdeki yıllarda neyi sabırsızlıkla bekleyebiliriz?
Pille ilgili bazı temel bilgilerle başlayalım.Pil, her biri bir pozitif elektrot (katot), bir negatif elektrot (anot), bir ayırıcı ve bir elektrolite sahip olan bir veya daha fazla hücreden oluşan bir pakettir.Bunlar için farklı kimyasalların ve malzemelerin kullanılması, pilin özelliklerini etkiler; ne kadar enerji depolayabilir ve çıkarabilir, ne kadar güç sağlayabilir veya kaç kez deşarj edilip yeniden şarj edilebilir (aynı zamanda döngü kapasitesi olarak da adlandırılır).
Pil şirketleri daha ucuz, daha yoğun, daha hafif ve daha güçlü kimyasallar bulmak için sürekli deneyler yapıyor.Dönüşüm potansiyeli olan üç yeni pil teknolojisini açıklayan Saft Araştırma Direktörü Patrick Bernard ile konuştuk.
YENİ NESİL LİTYUM-İYON PİLLER
Nedir?
Lityum-iyon (li-ion) pillerde enerjinin depolanması ve salınımı, lityum iyonlarının elektrolit aracılığıyla pozitif elektrottan negatif elektrota ileri geri hareket etmesiyle sağlanır.Bu teknolojide, pozitif elektrot ilk lityum kaynağı, negatif elektrot ise lityumun konakçısı olarak görev yapar.Pozitif ve negatif aktif maddelerin mükemmele yakın onlarca yıllık seçimi ve optimizasyonu sonucunda birçok kimya, li-ion piller adı altında toplanmıştır.Lityumlu metal oksitler veya fosfatlar, mevcut pozitif malzemeler olarak kullanılan en yaygın malzemedir.Negatif malzemeler olarak grafitin yanı sıra grafit/silikon veya lityumlu titanyum oksitler de kullanılır.
Gerçek malzemeler ve hücre tasarımlarıyla li-ion teknolojisinin önümüzdeki yıllarda enerji sınırına ulaşması bekleniyor.Bununla birlikte, yeni yıkıcı aktif madde ailelerine ilişkin çok yeni keşifler, mevcut sınırların kilidini açmalıdır.Bu yenilikçi bileşikler, pozitif ve negatif elektrotlarda daha fazla lityum depolayabiliyor ve ilk kez enerji ile gücün birleştirilmesini sağlayacak.Ayrıca bu yeni bileşiklerle hammaddelerin kıtlığı ve kritikliği de dikkate alınmaktadır.
Avantajları nelerdir?
Günümüzde en son depolama teknolojileri arasında li-ion pil teknolojisi en üst düzeyde enerji yoğunluğuna olanak sağlamaktadır.Hızlı şarj veya çalışma sıcaklığı aralığı (-50°C'den 125°C'ye kadar) gibi performanslar, geniş hücre tasarımı ve kimya seçenekleriyle ince ayar yapılabilir.Ayrıca, li-ion piller, çok düşük kendi kendine deşarj ve çok uzun ömür ve tipik olarak binlerce şarj/deşarj döngüsü olan döngü performansları gibi ek avantajlar sergiler.
Bunu ne zaman bekleyebiliriz?
Yeni nesil gelişmiş li-ion pillerin, birinci nesil katı hal pillerden önce devreye alınması bekleniyor.Enerji Depolama Sistemleri gibi uygulamalarda kullanım için ideal olacaklardır.yenilenebilirve ulaşım (denizdemiryolları,havacılıkve arazide hareketlilik) yüksek enerji, yüksek güç ve güvenliğin zorunlu olduğu yerler.
LİTYUM-KÜKÜRT PİLLER
Nedir?
Li-ion pillerde lityum iyonları, şarj ve deşarj sırasında stabil konakçı yapılar olarak görev yapan aktif malzemelerde depolanır.Lityum-kükürt (Li-S) pillerde konakçı yapı yoktur.Deşarj sırasında lityum anot tüketilir ve kükürt çeşitli kimyasal bileşiklere dönüştürülür;şarj sırasında ters işlem gerçekleşir.
Avantajları nelerdir?
Bir Li-S pili çok hafif aktif malzemeler kullanır: pozitif elektrotta kükürt ve negatif elektrot olarak metalik lityum.Teorik enerji yoğunluğunun olağanüstü derecede yüksek olmasının nedeni budur: lityum iyonunkinden dört kat daha fazla.Bu onu havacılık ve uzay endüstrileri için iyi bir seçim haline getiriyor.
Saft, katı hal elektrolite dayalı en umut verici Li-S teknolojisini seçti ve tercih etti.Bu teknik yol, çok yüksek enerji yoğunluğu ve uzun ömür sağlar ve sıvı bazlı Li-S'nin ana dezavantajlarının (sınırlı ömür, yüksek kendi kendine deşarj,…) üstesinden gelir.
Ayrıca bu teknoloji, üstün gravimetrik enerji yoğunluğu (Wh/kg cinsinden +%30) sayesinde katı hal lityum iyonunu tamamlayıcı niteliktedir.
Bunu ne zaman bekleyebiliriz?
Büyük teknoloji engelleri halihazırda aşılmıştır ve olgunluk düzeyi tam ölçekli prototiplere doğru çok hızlı bir şekilde ilerlemektedir.
Uzun pil ömrü gerektiren uygulamalar için bu teknolojinin katı hal lityum iyondan hemen sonra pazara ulaşması bekleniyor.
KATI HAL PİLLER
Nedir?
Katı hal pilleri teknoloji açısından bir paradigma değişimini temsil ediyor.Modern li-ion pillerde iyonlar, sıvı elektrolit (aynı zamanda iyonik iletkenlik olarak da adlandırılır) boyunca bir elektrottan diğerine hareket eder.Tamamen katı hal pillerde, sıvı elektrolitin yerini yine de lityum iyonlarının kendi içinde hareket etmesine izin veren katı bir bileşik alır.Bu konsept yeni olmaktan çok uzak, ancak son 10 yılda dünya çapındaki yoğun araştırmalar sayesinde, sıvı elektrolite benzer şekilde çok yüksek iyonik iletkenliğe sahip yeni katı elektrolit aileleri keşfedildi ve bu özel teknolojik engelin aşılmasına olanak tanıdı.
Bugün,SaftAraştırma ve Geliştirme çalışmaları 2 ana malzeme türüne odaklanmaktadır: işlenebilirlik, stabilite, iletkenlik gibi fiziko-kimyasal özelliklerin sinerjisini amaçlayan polimerler ve inorganik bileşikler…
Avantajları nelerdir?
İlk büyük avantaj, hücre ve pil seviyelerinde güvenlikte belirgin bir iyileşmedir: katı elektrolitler, sıvı muadillerinin aksine ısıtıldığında yanıcı değildir.İkincisi, yenilikçi, yüksek voltajlı, yüksek kapasiteli malzemelerin kullanımına olanak tanıyarak, kendi kendine deşarjın azalması sonucunda daha iyi raf ömrüne sahip daha yoğun, daha hafif pillere olanak sağlar.Üstelik sistem düzeyinde basitleştirilmiş mekaniklerin yanı sıra termal ve güvenlik yönetimi gibi ek avantajlar da getirecek.
Piller yüksek güç/ağırlık oranı sergileyebildiğinden elektrikli araçlarda kullanım için ideal olabilir.
Bunu ne zaman bekleyebiliriz?
Teknolojik ilerleme devam ettikçe çeşitli türlerde tamamen katı hal pillerin pazara çıkması muhtemeldir.Bunlardan ilki, gelişmiş enerji performansı ve güvenlik sağlayan grafit bazlı anotlu katı hal piller olacak.Zamanla, metalik lityum anot kullanan daha hafif katı hal pil teknolojileri ticari olarak mevcut hale gelecektir.
Gönderim zamanı: Ağu-03-2022