Geleceğin Pillerinde Yeni bir Depolama Malzemesi Olarak Silikon

Elektrikli araçlar veya elektronik cihazların minyatürizasyonu gibi gelişmeler, pillerde kullanılmak üzere yeni depolama malzemeleri gerektirir. Büyük depolama kapasitesiyle, silikonun geleneksel lityum-iyon pillerde kullanılan malzemelerin karşısında önemli avantajlara sahip olması beklenmektedir. Bununla birlikte, mekanik yönden kararsız olması nedeniyle, depolama teknolojilerinde silikonun kullanılabilmesi günümüze dek mümkün olmamıştır. 

Silikon Elektronikte Bir Devrim Yaratmıştı. Şimdi  Sıra Depolama Teknolojilerinde !

Kiel’de bulunan Christian-Albrechts-Universitesi (CAU) Malzeme Bilimi Enstitüsü'nden bir araştırma ekibi RENA Technologies GmbH şirketi ile işbirliği yaparak, yüzde 100 silikondan oluşan anotlar ve bunların endüstriyel olarak üretilebilmesi için bir konsept geliştirmek istiyor. Yüzeyleri mikro ölçekte dikkatlice yapılandırmak suretiyle ekip, silisyum(silikon)un depolama potansiyelinden tamamen faydalanabiliyor. Böylelikle şarj edilebilir piller ve yarının enerji depolama sistemlerine yönelik yepyeni bir yaklaşımla  karşı karşıya geliyoruz.  Bu çalışmanın paydaşları, silikon anot üretim ve uygulama imkanlarını Hannover Fuarında sunacaklar. 

Silikon uzun süredir elektrikli araçlarda kullanım için umut veren seçeneklerden biri diyor malzeme bilimci Dr. med. Sandra Hansen. "Teorik olarak silikon, bataryalardaki anotlar için en iyi malzemedir. Geleneksel lityum iyon pillerdeki grafit anotlardan on kat daha fazla enerji depolayabilir. "Elektrikli arabalar daha uzun mesafeler kat edebilir, cep telefonu pilleri daha uzun süre dayanabilir ve şarj işlemi daha hızlıdır. Yarı metalin diğer bir avantajı sınırsız bir şekilde temin edilebilir olmasıdır. Sonuçta geleneksel kum neredeyse tamamen silikadan oluşur. Hansen, “Silikon, oksijenden sonra dünyanın ikinci en bol elementi ve dolayısıyla neredeyse sınırsız, uygun maliyetli bir kaynaktır” diye devam etti. 

Sorun: Ömür 

Ancak şimdiye kadar, silikon anotların ömrü pillerde kullanmak için çok düşüktü. Nedeni malzemenin yüksek hassasiyeti. Şarj sırasında lityum iyonları anot ve katot arasında ileri ve geri hareket eder. En yüksek enerji yoğunluğuna sahip olan silikon, çok miktarda lityum iyonunu kendisine çeker. Sonuç olarak, yüzde 400 oranında genişler ve bir süre sonra da kırılır.

Kiel Malzeme Bilimi Enstitüsü yaklaşık 30 yıldır silikon üzerinde araştırmalarını sürdürmekte. Bugüne kadar elde edilen bulgular - RENA Technologies GmbH'nın güneş enerjisi teknolojisindeki silikon tecrübesi ile birleştiğinde, aküler için yüzde 100 silikondan üretilmiş anotların üretilmesi hedefine ulaşma sürecine katkıda bulunmaya devam ediyor. Böylelikle silikon kullanılan bu bataryaların depolama potansiyellerinin en üst düzeye çıkması bekleniyor. Geleneksel, şarj edilebilir pillerdeki anotlar şu ana kadar yaklaşık yüzde 10 ila 15 arasında silikondan oluşmaktaydı. Geçtiğimiz yıl, Alman Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı (BMBF) tarafından bir milyon avroyla finanse edilerek "Lityum-kükürt-silikon enerji depolama sistemleri için büyük ölçekli, gözenekli Si-film anotlarının geliştirilmesi ve karakterizasyonu" adlı bir ortak araştırma projesi başlatıldı. Projenin amacı, güçlü bir silikon batarya geliştirmek ve maliyet yönünden etkin ve endüstriyel üretime dönük olarak bir konsept geliştirmektir.

 Bir Pilin Anot Malzemesindeki Silikon Telcikler (75 Mikrometre Yüksekliğinde 1 Mikrometre çapında )

RENA Technologies GmbH Teknoloji Kıdemli Başkan Yardımcısı Holger H. Kühnlein "CAU ve RENA arasındaki işbirliği, temel araştırmalardaki onlarca yıllık deneyimi en verimli endüstriyel proses ve tesis geliştirme uzmanlığıyla birleştiriyor" diyerek konunun önemini vurguluyor. Bugüne kadar silikon malzemeler hakkında yapılan araştırmalarda öncü konumunda bulunan CAU'daki “İşlevsel Nano Malzemeler” çalışma grubunun başkanı Profesör Rainer Adelung, "Böylece, temel üniversite araştırmalarından elde edilen bilgileri mümkün olduğu kadar endüstriyel uygulama sahasına aktarıyoruz " diye ekliyor. Adelung: "Bu gerçek bir inovasyon transferi."

Kesinti ve Çökmelere Karşı Dirençli Güç Sistemlerinin Geliştirilmesi

Kentsel altyapıların kriz dönemlerinde yeterince sağlam olması için istikrarlı bir güç sistemi (kaynağı) son derece elzemdir. Bu akıllı şebekelerin planlanmasında halledilmesi gereken ciddi bir konudur. Akıllı sistemlere ait bileşenler giderek otomatize hale gelirken , bu şebekeler bozucu etkilere ve saldırılara karşı giderek daha savunmasız hale geliyorlar. 

Paralel olarak çalışan bilgi işlem ve haberleşme altyapısı üzerinden gerçekleşen veri alış verişi, akıllı şebekelerin gelecekte mümkün kılacağı merkezi olmayan, talep odaklı ve ekonomik bir güç kaynağı için bir ön koşuldur. Bu verilerin manipülasyonu ile siber korsanlar daha şimdiden ihtiyaca ait rakamları ve değerleri değiştirmek ve böylece şebekenin kasıtlı olarak ciddi şekilde aşırı yüklenmesine ve ayrıca elektriği sisteme veren ekipmanların teker teker devreden çıkarılmasına neden olabilirler.

Kesinti ve Çökmelere Karşı Güçlü Güç Sistemlerinin Geliştirilmesinde Alt Şebekelerin Tasarımı Önem Arz Eder.

Nükleer ve Enerji Teknolojileri Enstitüsü (IKET ) ‘den Sadeeb Simon Ottenburger sadece imkan dahilindeki siber saldırılara değil, aynı zamanda depremler veya şiddetli yağmur gibi kriz senaryolarına yakından bir bakarak enerji yönetim sistemlerinde uygulanması planlanan ve henüz planlama safhasında riskleri dikkate alan önleyici bir strateji geliştirmek istedi. Bu strateji gerçek zamanlı olarak, öncelikle bir sistem çöküşü sonrasında şebekenin gitmesi  ( ingilizcede Blackout olarak adlandırılır )durumunda  değil elektrik güç yetersizliği senaryosu (İngilizcede Brownout olarak ifade edilen gerilim seviyesinin önemli ölçüde düşüşü esnasında işlev görecektir. 

Bunun için iki parametre değiştirilebilir : ilki yani ağ topolojisinin tasarımı, bu stratejinin oluşturulmasında tasarımcıya belli bir serbestlik kazandırmaktadır. Bu topoloji daha çok mikro şebekeler ve birbirinden bağımsız şekilde elektrik üretimi yapan çok sayıda ada üzerine inşa edilirler. Bu durum kritik önemdeki altyapıları farklı mikro-şebekelere dağıtma olanağı sağlar. Böylesi bir alt şebeke örneğin Fukushima’daki depremden sonra bir üniversite kliniğinin elektrik beslemesinin güvenli şekilde gerçekleşmesine imkan vermiştir. 

Diğer parametre ise mikro-şebekelerin elektrik dağıtımı ve bu şebekelere ait bilişim ve haberleşme ağının kendi bileşenlerininkiyle birlikte bu bilişim ve haberleşme ağlarının enerji depolama ve üretim yapan birimlerinin konfigürasyonudur. 

Kesinti Senaryolarını Değerlendirme 
Akıllı bir şebekenin, esasında mikro-şebekelerin alt şebekelere bölünmesi ve tekil şebekelerin konfigürasyonu sayesinde belirlenen topolojisi, simülasyon modeline değişken parametre olarak dahil edilir. Bu sayede her bir model şehir için farklı kesinti senaryoları test edilerek değerlendirmeye tabii tutulurlar ve bu şekilde sürekli olarak değişen esas koşullar ile diğer kritik altyapıların içinde bulunduğu durum hesaba katılmış olur. Ottenburger böyle bir strateji sayesinde kentlerin elektrik kesinti ve çökmelerine karşı direnme gücünü artırabilmeyi hedefliyor.

1000 MW Kapasiteli HVDC Şebekeyi Daha Kararlı Hale Getiriyor.

Siemens'in bir HVDC   arka-arkaya (back-to-back)  bağlantısı, Hindistan ve Bangladeş'in elektrik şebekelerini 1000 MW'a kadar ulaşabilen iletim kapasitesi üzerinden birbirine bağlayarak enerji darboğazlarınını önüne geçiyor.

HVDC Enerji İletimi Gelecekte Maliyetlerin Düşmesiyle Daha Fazla Kullanım Sahasına Kavuşacaktır.

Şimdi işleyişi HVDC Klasik'e dayanan ikinci 500 MW HVDC bloğu da Bangladeş Bheramara'da çalışmaya başladı. 2013 yılından bu yana 500 MW'lık bir iletim kapasitesine sahip olan Blok 1 faaliyete. Bangladeş'in 230 kV güç şebekesi, Ülkenin batı sınırındaki Bheramara'dan başlayarak trafo ve havai hatlar üzerinden Hindistan'ın 400 kV şebekesine bağlanmıştır. Yüksek voltajlı doğru akım (, şebeke arızaları durumunda sistemleri stabilize eder ve iletim darboğazlarını önler.

Siemens'in Transmission Solutions Enerji Yönetimi CEO'su Mirko Düsel, "Bangladeş gibi gelişmekte olan ekonomiler için güvenilir güç iletiminin kullanılabilirliği çok önemli" diyor. "24 aylık bir proje süresi ve sahada 3 milyon saatlik güvenli çalışmanın ardından, HVDC bağlantısı Bangladeş'in Hindistan'dan her yıl ihtiyacı olan 500 MW'lık ek elektriği güvenli bir şekilde ithal etmesine yardımcı olacak."

HVDC Classic güç şebekesini Kararlı Hale Getiriyor 

Bu anahtar teslimi proje için Siemens, komple HVDC sisteminin mühendislik, montaj ve devreye alınmasından sorumluydu. Tedarik kapsamı içerisinde, tüm ekipmanın yanında, HVDC sistemine ait kontrol ve denetleme teknolojisiyle koruma ve izleme sistemleriyle birlikte  tristör yapıları ,  sekiz  adet dönüştürücü transformatör  ve AC filtresi bulunmaktaydı.  Hızlı düzenleme fonksiyonu ile Siemens   ‘in HVDC teknolojisi (HVDC Classic), şebekede bir bozulma yaşanması durumunda bağlı şebekeleri stabilize edebilme üstünlüğüne  sahiptir. Buna ek olarak, bu yüksek performanslı güç bağlantısı Bangladeş'teki 230 kV tarafındaki darboğazlardan kaçınmanıza yardımcı olacaktır. Siemens, HVDC teknolojisinde küresel bir liderdir ve toplamda 94 GW kapasiteye sahip 55'ten fazla projeyi dünya çapında hayata geçirmiştir.

Not: Bilindiği gibi Türkiye elektrik şebekesine bağlı çalışır halde bir tane HVDC sistemi bulunmaktadır. Gürcistan ile Türkiye arasında kurulu olan Karadeniz HVDC iletim hattı back-to-back topolojisine sahip olup 350MW iletim kapasitesine sahiptir. Gürcistan’dan ülkemize enerji transferi sağlayan bu sistem tyhristor tabanlı bir teknolojidir. (1)

(1) DEKMK'ten alıntıdır

Rüzgar Enerjisinin Depolanmasında Deniz Dibinde Kullanılacak İçi Boş Küreler

2017'nin fırtınalı 28 Ekim gününde, Almanya'nın rüzgar enerjisi santralleri, 40 gigawatt'lık bir üretimiyle ülkenin sekiz nükleer santralinin ürettiği güçten daha fazlasını üreterek onları geride bıraktı. Hem de neredeyse dört katı kadar bir üretimle. Ne yazık ki, rüzgar türbinleri bu tür rüzgar koşullarında çok sık kapatılmak zorunda kalıyor ki böylece elektrik şebekesi aşırı yüklenmemiş oluyor. Bu durumu, Kassel'deki Fraunhofer Rüzgar Enerjisi ve Enerji Sistem Teknolojisi Enstitüsündeki bilim adamları, açık deniz rüzgar türbinlerinde üretilen enerjiyi deniz dibinde bulunan içi boş kürelerde yerinde depolayarak önlemek istiyorlar.

Denizin Dibinde Bulunan İçi Boş Kürelerle Çok Verimli Bir Depolama Yapılabilir

Bu sistemler özünde klasik pompalı depolama sistemleriyle aynı prensibe dayanırlar: Fazla enerji mevcutsa, deniz dibindeki küreleri boşaltırlar. Elektriğe ihtiyaç varsa, suyun geri akmasına ve türbinlerle elektrik üretmesine izin verirler.

Yüzde 80'lik bir verimlilik mümkündür. 2016 sonunda Konstanz Gölü'nde yapılan bir pilot projede, üç küçük boyutlu içi boş beton küreyle bu yöntemi test ettiler. Sistemin ekonomik olması için, küreler en az 30 metre çapında olmalı ve 500 metre veya daha fazla bir derinliğe yerleştirilmelidir. Bu takdirde küre başına 20 Megawatt saat dolaylarında bir enerji depolanabilir.

Norveç, İspanya, Japonya veya ABD ‘nin yakın kıyılarında denizin derinliklerinde yatacak çok sayıda küreyle oluşturulan bir depolama parkı , güç depolama alanına önemli bir katkı sağlayabilir.

(Not: Dünyamızda yenilenebilir enerjinin önemi giderek artıyor. Özünde pompajlı enerji depolama sistemleri ile aynı olan bu sistemler ülkemizde özellikle Ege ve Karadeniz gibi bol rüzgarlı denizlerimizde kurularak enerji ithalatımızın önemli ölçüde azaltılmasına katkıda bulunabilir. Öncelikli olarak bu alanda özel sektörün daha fazla araştırma ve yatırım yapması sayesinde bu sektör ekonomik olarak geri dönüşü çok çabuk olabilecek bir sektör. Kuzey Avrupa ülkelerine bu anlamda imrenmemek elde değil.

Mikro-Led Üretim Yarışı. Şu anda Apple Önde Gidiyor

(Haberi vermeden önce şunu belirtmek isterim ki Mikro Led Teknolojisi arka plan aydınlatmanın (LCD) giderek eskiyen bir teknolojiye dönüşmesi ve tıpkı OLED teknolojisinde olduğu gibi kendisi ışık kaynağı olan led elemanların kaliteli bir şekilde görüntü oluşturmasıyla gelecekte piyasada hakim olması beklenen ileri teknoloji gerektiren bir üretim teknolojisidir.) 

Mikro-Led Teknolojisi Geliyor. Apple Lider Olmakta Kararlı!

Üretime hazır ilk mikro LED ekranlar Apple'dan gelecek. Patent dünyasına bir bakış,Yolé (Singapur )firmasının analistleri bu sonuca götürdü. Büyük formatlı ekranların pazarda üç ila beş yıl içinde görülmesi beklenirken, öncesinde daha küçük boyuttaki AR ve baş üstü ekranlar geliyor. 

Çok sayıda şirket mikro-LED teknolojisi üzerinde çalışmalarını sürdürmekte. Elektronik Ekran Konferansında, IHS analisti Paul Gray, önündeki Keynote yazılımı yardımıyla "Sadece Çin'de 1500 üreticiyi bulan üretici sayısını takip etmeyi artık bıraktık” diyerek bu alanda ekran endüstrisinin yaşadığı hareketliliği izleyicilerin olayı anlamasına yardımcı oluyor.

Şu anda, özellikle Samsung Büyük Formatlar teknolojisinden faydalanmaya gayret ediyor. Sene başında tanıtımı yapılan ve Güney Korelilerin son derece yerinde bir şekilde “Duvar “ olarak isimlendirdiği 146 inç bir televizyon prototipi bunun için atılan önemli bir ara adım olarak görülebilir. Bununla birlikte, söz konusu ürün toplu üretim için hala çok yüksek fiyatlı. Tayvanlı üretici AUO, otomotiv sektörüne odaklanmakta olup son zamanlarda otomotiv sektörü için 12,1 inçlik bir ekranın tanıtımını yaptı. Ürün henüz bir prototip aşamasında.

Mikro Led Teknolojisi Gelecekte Başta Ekranlar Olmak Üzere Pek Çok Alanda Daha Fazla Kendini Hissettirecek

Sony daha 2012 yılında ilk kullanıma hazır mikro LED ekranını tanıtmıştı ancak akabinde teknolojinin ciddi şekilde geliştirilmesi mümkün olmadı . Apple’in 2014 yılında mikro LED teknoloji şirketi Luxvue'yi satın almasının peşinden, birçok şirket teknoloji yarışına satın alma ve iş geliştirme projeleriyle dahil oldu. Yolé Développement'a göre, bunlar arasında bilhassa Google, Samsung, LG ve Intel bulunuyor. 

Teknolojinin lideri Apple 

Yolé teknolojiye öncülük eden oyuncunun şaşırtıcı bir şekilde Apple olduğunu saptadı . Şaşırtıcı Bu şaşkınlığın asıl sebebi, Kaliforniyalıların görüntü geliştirme konusunda hiçbir tecrübesi olmaması ve ve teknolojinin üretim aşamalarının çok karmaşık olmasıdır. Yole’e göre .Californialılar geliştirme öncülerinden Sony ve Sharp den daha sonra teknoloji geliştirme işine girişmiş olsa da, onların patent portföyü çoğu rakiplerine göre daha şişkin.