Pil devriminde atlanmaması gereken 5 trend

Teknoloji geliştikçe etkileri her alanda görülüyor. Bilgisayarların boyutları yıllar içinde küçülüp dizüstü boyuta gelirken, telefonların yıllar içinde biraz daha büyüyerek daha fazla fonksiyon sunduğuna şahitlik ediyoruz. Burada ise kritik öneme sahip bataryalardan bahsetmek gerekiyor.

Büyüklü, küçüklü, gelişmiş ve daha uzun süre kullanım sunan daha pratik bataryalar farklı kullanım alanlarına göre dağılım gösteriyor. Elektrikli araçlarda bulunan bataryalar ile bir dizüstü bilgisayarda bulunan bataryanın başta gücü ve pek çok özelliği farklılık gösterebiliyor. Ancak telefonlarda ve pek çok cihazda lityum olanlar kullanılıyor. 

Lityum bataryaların kullanım ömürlerinin kullandıkça kısalması sebebiyle alternatif arayışında olan araştırmacılar farklı türlerde piller üretmeye çalışıyor.

Yine de beklendiği gibi bir pil devrimi henüz gerçekleşmedi ancak farklı alanlarda kullanılan pillerin artması ve çeşitlenmesi önemli bir kilometre taşı olarak görülebilir. Önemli bir ivme kazanan elektrikli otomobillerde ise bataryalar araçları satın alma sebebi oluyor.

LFP’DEN, LMFP’YE GEÇİŞ

Elon Musk’ı şu anda Twitter ile gündemde görüyor olsak da CEO’su olduğu Tesla ile başlayan LFP trendinden bahsetmek gerekiyor. LFP yani Lityum-demir-fosfat bataryalar, en güvenli ve yaygın olarak kullanılan lityum-iyon akü türlerinden biri olarak biliniyor. Üretimi sorunsuz ve çok daha uygun fiyatlı olduğu için pek çok araçta tercih ediliyor. 

Avantajı olsa da dezavantajları da beraberinde getiren LFP’ler, karşımıza bir noktada genişleyerek LMFP olarak çıkmaya başladı. LMFP ise lityum manganez demir-fosfat bileşimlerinden oluşan pil türü. Üstün performans sunduğu söylenen bu tür maliyet açısından LFP’yle kıyaslanıyor. 

Giriş seviyesi modellerde düşük maliyetli olduğu için LFP tercih ediliyor. 

Pek çok marka farklı türlerde bataryaları tercih etse de Tesla liderliği elinde tutuyor. Tahminlere göre LFP’li modeller bu yıl sonuna kadar LMFP’ye yükseltilecek. Bu geçişin ise anlamı var çünkü araçların menzilini yüzde 10’a kadar artırıyor ve maliyetler de sabit kalıyor. Tam da otomobil üreticilerinin istediği şey. 

Bu bataryalar dünya pazarında lider olan CATL imzasıyla üretiliyor. LFP’ye  kıyasla LMFP, daha yüksek hücre voltajı sunuyor. Ancak daha düşük şarj ve deşarj performanslarının günlük kullanımda fark edilip edilmeyeceği tam bilinmiyor yine de ilerleyen dönemde daha fazla şirket bu batarya geçişini yapacak. 

ANOTTA SİLİKON KARIŞIMI

Bir diğer trend ise silikon anot pillerle elektrikli otomobillerin 5 dakika şarj ile 400 kilometre gibi bir menzile çıkacak olması. Buradaki tartışma anottaki büyük iyileştirme potansiyeline odaklanıyor. Ancak bir sorun var: Burada neredeyse sadece grafit kullanılıyor ve o da neredeyse sadece Çin’de işleniyor. Yani şirketlerin elleri Çin’e mahkum oluyor ve farklı yolların tercih edilmesine neden oluyor. 

Öte yandan eğer üreticiler grafit anoda daha fazla silikon eklemeyi başarırlarsa büyük ölçüde iyileştirilmiş bir pil ömrü ve deneyimi ortaya çıkacak. 

Örneğin Porsche Taycan ve Audi e-tron GT tarafında zaten iyileştirilmiş pil ömrü ve düşük enerji enerji kullanılıyor. Ancak buradaki potansiyelin ötesinde bir sorun var. Bu tür anotların şarj ya da deşarjları sırasında boyutları değişiyor ve hacim değiştiriyor. Ortaya çıkan bu sorunun aşılması içinse çalışmalar sürüyor ancak burada tek güven ‘işe yarayacak bir çözümün bulunması’ oluyor. 

Bir diğer görüşe göre grafit anot ve silikon katkılı pil hücreleri geleneksel yöntemlerle üretilebilir. Uzmanlara göre özellikler açısından burada katı hal pilleri yani, lityum iyon veya lityum polimer pillerde bulunan sıvı ya da polimer jel elektrolitler yerine katı elektrolit kullanılan bir teknolojiye, yaklaşıldığını söylüyor. 

KATI HAL PİLLERİ

Katı hal pil kavramı sektördeki moda terimlerden biri. Avantajları olduğu gibi zorlukları da beraberinde getiriyor olsa da özellikler açısından hem enerji yoğunluğu hem de performansın inanılmaz artırabilme potansiyeli olduğu için dikkate değer görülüyor. Yani üzerine düşünülmesi gereken bir trend olarak ele alınabilir. 

Zorluklardan bahsetmek gerekirse, saf lityum reaktiftir ve bu nedenle işlemek zordur. Zor olduğu için üretilmesi de zordur ve maliyetlidir. Otomobil şirketleri ise hem ucuz maliyet hem de yüksek performans istediği ve en azından hedeflediği için bu noktada daha geliştirilmesi gerekiyor. 

Katı elektrolit ve metalik lityum anot kombinasyonu üzerinde çalışan çok az şirket var. Bunlardan biri ABD merkezli Quantumscape. Buradaki geleceği gören Alman devi Volkswagen ise Quantumscape’ten hisse alarak söz konusu teknolojiye olan ilgisini gösteriyor. Kartlarını da açık oynuyor. 

Katı hal pillerinin en dişli rakibi ise anotta silikon katkılı geleneksel olanlardır. Bir atılım olması için saf lityum anot ve gerçek katı elektrolit içeren dayanıklı katı pilin seri üretime hazır hale gelmesi gerekirdi. Ancak şu anda mevcut olmadığı gibi öngörülebilir de değil. 

LİTYUM YERİNE SODYUM PİLLER

Lityum yerine sodyum kullanılması ise pek çok sorunu çözmeye aday. Yıllardır potansiyel olararak karşıladıkları göz önüne alınırsa ‘sodyum iyon pillerin, lityum pillerin yerini’ alacağı söylenebilir. Burada söz konusu geçişte karşımıza bazı başlıklar çıkıyor; benzer karakterde olmaları, yeni üretim hatlarına gerek duyulmaması, maliyeti, hammadesi, akü güvenliği, pilin çalışma sıcaklığı aralığı, şarj kalibiyeti ve geri dönüşüm. Ancak üreticilerin asıl iştahını kabartan şey bunların dışında bu pilin daha ucuz olması. 

Burada anotta pahalı grafit yerine amorf karbon yani sert karbon kullanılıyor ve çok daha ‘ucuz’ olmasının yanı sıra ilk şarj sırasında kapasite kaybının da en aza indirildiği söyleniyor. Lityum yerine sodyum pillerin düşük maliyetli alternatif olmasına ilişkin Baden-Württemberg Güneş Enerjisi ve Hidrojen Araştırma Merkezi’nde uzman Prof. Dr. Markus Hölzle’nin değerlendirmesi de var. 

Hölzle, potansiyelin çok büyük olduğunu 2021 yılında yaptığı bir değerlendirmede vurguluyor. Düşük maliyetli hammedelirin her yerde kullanıldığını söyleyen Hölzle, katot tarafında toksik olmayan bir boya olan Prusya mavisinin tamamen sodyum iyonlari ile karıştırılmış durumda kullanıldığına değiniyor. Düşük maliyet ve sunduğu diğer avantajlar sebebiyle Hölzle, sodyum iyon pil hücrelerinin tüm araçlarda kullanılabileceğini düşünüyor.

Sodyum iyon pillerin maliyetinin ötesinde daha iyi düşük sıcaklık direnci vardır ve dayanıklılığı da daha yüksek.

C ORANI

Bir diğer trend ise C oranı. C oranı değişken şarj ya da deşarj koşulları altında pilin beklenen etkin süresini tahmin etmek ya da belirlemek için kullanılan bir akım değeri olarak biliniyor. Burada da piller geliştikçe araçları 0’dan 100’e şarj etmek çok daha kısa sürüyor. Şarj hızlarının artmasıyla maksimum şarj oranı da beraberinde değişmekte.

Buradan hareketle kompakt segmentte yer alan elektrikli otomobillerin çoğunda yüzde 10’dan yüzde 80’e kadar şarj olması için geçmesi gereken süre 30 dakikadır. Bu temelde 1.4 C’ye karşılık geliyor ve bazı markalar hızıyla öne çıkıyor. Hyundai’nin e-GMP’si 2.3 C’ye 18 dakikada ulaşıyor ve diğer pek çok modele kıyasla düşük fiyatta bunu sunması onu zirveye taşımış oluyor.

Öte yandan uzmanların tahminlerine göre 2023’a kadar C oranlarının 4 ya da 5’e kadar çıkması bekleniyor en azından otomobil endüstrisi ve araştırmacılar bunu bu şekilde olacağını öngörüyor. 

C oranlarını artırmak için pek çok yol olsa da önceki maddelerde yer alan trendlerden de yola çıkarak saf olan grafit anoda silikon ekleyerek, anodu geliştirmek bu oranı önemli ölçüde artıracaktır. 

Bir diğer yandan ise bazı otomobil sahipleri C oranını daha fazla artırmanın çok daha anlamlı olmadığını söylüyor. Elektrikli otomobillerini çoğunlukla evde şarj eden kişiler tarafından yapılan bu yorumların ötesinde bazıları da C oranının önemli ölçüde artması gerektiğini savunuyor.