Ragone Diyagramı

     Farklı enerji depolama teknolojilerini karşılaştırmak için bir Ragone diyagramı kullanılır. Özgül güç (veya kütle güç yoğunluğu), özgül enerjinin (veya kütleye bağlı enerji yoğunluğunun) bir fonksiyonu olarak bir Kartezyen koordinat sisteminde gösterilir. Özgül enerjinin özgül güce bölünmesiyle tam deşarj süreleri elde edilir. Bu süreler diyagonal izokronlarla temsil edilebilir.Ragone diyagramı ilk olarak bataryaların performansını karşılaştırmak için kullanılmıştır. Adını David V. Ragone'dan almıştır.

Ragone Diyagramı (Güç Yoğunluğu/Enerji Yoğunluğu eğrisi)

Dolum Şekline Göre Batarya Sınıflandırması : Hibrit, Fişe Takılabilir (Plug-İn) ve Tam Elektrikli Araç Bataryalarının Farkları

Herhangi bir elektrikli aracın batarya sisteminin – hibrit, fişe takılabilir hibrit (plug-in) veya tam (saf, pür) elektrikli farketmeksizin- hemen hemen aynı olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak bu durum , batarylaların farklı elektrikli araç türlerinde kullanılma şekilleri arasında var olan iki önemli farkı gözden kaçırdığınızı gösterir. Birincisi, batarya boyutuna nisbetle bataryaya giren ve ondan çıkan elektrik gücünün akışıdır. Örneğin, makul hızlanmalar sırasında her üç elektrikli araç türü de, tıpkı makul yavaşlamalarda rejeneratif frenleme sayesinde tüm enerjiyi geri kazanmalarındaki oranlarda enerji tüketmektedirler.

Ancak tam elektrikli otomobiller fişe takılabilir  hibrit araçlardan on kat daha büyük bir bataryaya sahip olabilir ki bu araçlar da aynı şekilde hibrit özelliktekilerden on kat daha büyük bir bataryaya sahip olabilir. Bu nedenle, enerji kapasitesine nisbetle güç akış miktarı -güç-enerji oranı- farklı elektrikli araçlardaki bataryalar için çok farklıdır denebilir. Aşağıdaki çizelge, akü kapasitesi ve güç-enerji oranlarındaki farklılıkları göstermek için Ford firmasının modellerinden örnekler kullanmaktadır.

 Ford Firmasının Üç Tip Elektrik Batarya Sisteminin Kıyaslanması

Not: Yukarıdaki tabloda "tak çalıştır" ifadesi  "fişe takılabilir hibrit"  ifadesinin kısaltılmışı olarak yazılmıştır. 

Üstelik üç farklı araç, elektrikli güç aktarma organlarını farklı şekillerde kullandığından, her bir bataryanın gördüğü şarj/deşarj döngü sayısı oldukça değişkenlik gösterecektir. Benzinli motorun verimliliğini artırmak için tasarlanmış bir hibrit araçta güç, kompakt, hafif ve çok pahalı olmayacak şekilde tasarlanmış küçük bir bataryaya ve bataryadan dışarı olacak şekilde sürekli olarak her iki yönde akmaktadır. Bir paket süt almak için markete giderken bataryayı tam beş kez doldurup boşaltabilirsiniz.

Bir fişe takılabilir ( plug-in) hibrit yapı , bir araca yaklaşık 10 ila 40 mil arasındaki mesafelerde tam güç sağlamak üzere tasarlanmış çok daha büyük bir batarya sahiptir. Ayrıca şehir içi trafikte sürekli şarj ve deşarja maruz kalır, ancak bu güç akışlarının miktarı, günde yalnızca bir veya iki kez tamamen deşarj olmasını gerektirecek şekilde toplam batarya kapasitesine kıyasla küçük kalmaktadır. Tam elektrikli araçlarda halen çok büyük bataryalar bulunmaktadır ve bu batarya nadiren tam şarj / deşarj döngülerine maruz kalır.

Ford firmasının Batarya Hücre Teknolojisi ve İleri Batarya Sistemlerinin kıdemli teknik uzmanı Bob Taeneka’ya göre tam elektrikli araç bataryaları tüm kullanım ömrü boyunca en fazla 1000 şarj/deşarj döngüsüne sahip olabilir. Bu rakam fişe takılabilir hibrit araçların bataryalarının sahip olduğu 4000-8000 döngü ile kıyaslandığında olabildiğince düşük bir rakam. Hibrit araçlarda ise toplam 100.000 döngüye ulaşmak mümkündür.

Taenaka, "Bir batarya şarj olup boşaldıkça iç direnci artar" diyor. Bunu kontrol etmenin bir yolu, bir şarj/deşarj döngüsü sırasında batarya kapasitesinin kullanılacağı oranı sınırlamaktır. Maksimum döngü sayısını gören F-150 gibi bir hibrit için, “şarj durumu penceresi (gerçekte kullanılan batarya kapasitesinin oranı) bugün muhtemelen yüzde 50 civarında.” Escape gibi fişe takılabilir hibrit için, bu kullanılabilir kısım yüzde 80'e kadar yükselebilir. Ve Mustang Mach-E için yüzde 90'a yaklaşıyor.

Elektrikli Araç Bataryaları Temelde Hibrit, Fişe Takılabilir ve Tam Elektrikli şeklinde 3'e ayrılırlar. 

Bir bataryanın güç-enerji oranını ayarlamak için mühendisler, hem hücrelerdeki akım toplayıcıların hem de kimyasal kaplamalarının kalınlıklarını değiştirirler. Bir hibritin kısa süreli puant güç sıçraması yapması ufak bir bataryadan yüksek elektrik akımı çekilmesini gerektirir ki, bu da yeterince ilginç bir şekilde, daha ince elektrotlar ve daha ince kimyasal kaplama ihtiyacı demektir. Bunun sebebi bu daha ince öğelerin elektrolit ile temas halinde daha büyük bir elektrot alanını beraberinde getiriyor olmasıdır. nedeni, bu daha ince elementlerin elektrolit ile temas halinde daha büyük bir elektrot yüzey alanı getirmesidir.

Tam aksine, tam elektrikli araç bataryalarında daha kalın elektrotlar ve daha yüksek aktif kimyasal malzeme kullanır. Daha kalın elektrotlar daha fazla enerji yoğunluğu sağlar çünkü hücrenin toplam hacminin daha fazla bir kısmı elektrotlardan ve aktif malzemeden oluşmaktadır ve ayırıcı, akım toplayıcılar ve elektrolit için ayrılan hacim küçülür. Bataryalar büyüdükçe, birim ağırlık başına kullanıma hazır kilovat saati en üst düzeye çıkarmak daha önemli hale gelir. Lityum-manganez-oksit tipik bir kimyasal kaplamadır - tabii başka malzemeler de var - ancak kimya tek başına, hücrenin daha fazla güç veya enerji yoğun olup olmadığını belirlemede belirleyici değildir.

Diğer bir husus, batarya paketinin toplam gerilimidir. Ford, maksimum 400 volta ulaşan hibrit elektrik sistemleri kullanır, bu nedenle her üç tip araç türünün de hücreleri bu sınırlama dahilinde kalacak şekilde kablolanmaktadır. Çoğu lityum-iyon pil 3,6 voltta çalıştığından, F-150 Hibrit pil, 274 volt üretmek için seri bağlanmış 76 küçük hücre kullanır. Escape fişe takılabilir hibrit  84 adet olan , çok daha büyük hücreleri (hücre başına 20'ye karşılık 171 watt-saat) toplamda 300 volta ulaşacak şekilde seri olarak kablolanmaktadır. Bununla birlikte, Mustang Mach-E’nin 376 adet olan daha daha büyük hücreleri (262 watt-saat), her biri toplamda 343 volt veren dört adet 94’lik hücre dizisi halinde ve Ford'un 400 voltluk elektrik mimarisinin getirdiği sınırlamaya uygun olması için paralel olarak kablolanmaktadır.

Katı Hal Pilleri

Katıhal pilleri geleneksel pillerden bilhassa katı haldeki elektrolit yapısı ile ayrılırlar. Elektrolitin görevi anot ve katot arasında iyon iletimini sağlamaktır. Pilin kimyevi yapısına bağlı olarak iletimi sağlanacak iyonlar farklılık gösterir. Bu iyon örneğin lityum iyon pillerde lityum katyonuyken, sodyum iyon pillerde sodyum katyonudur. Katıhal pillerinde yük aktarımı katı kristal yapıda gerçekleşen farklı yük atlama süreçlerine dayanır. Bu süreçlerin temel karakteristiği kullanılan elektrolite bağlı olarak değişir ve Schottky kusurları, Frenkel kusurları benzeri farklı kusurların oluşumu , veya bir ara konumda bulunma neticesinde belirginleşir.

Katıhal pillerinde katı elektrolitlerin kullanılabilmesi için bunların olabildiğince yüksek iyon, aynı şekilde düşük elektronik iletkenliği göstermesi şarttır. Aynı şekilde, katıhal pillerinin, geleneksel pillerin enerji yoğunluğu bakımından aşabilmesi için, metalik anotların uygulama sahasına girmesi gerektiği gibi, bir lityum iyon pil için konuşulacak olursa, bugüne dek kullanılan grafitin yerini metalik lityumun alması beklenmektedir. Metalik lityum pilin doldur boşalt döngülerinde elektrot üzerinde dentrit oluşturmaya meyillidir. Bir lityum pilde lityum anottan katota dek dentrit oluşumu ve bunun neticesinde kısa devre arızası baş gösterebilir. İşte bu durum metalik lityumun geleneksel pillerde bugüne dek kullanılmamasının esas sebebidir. Bu nedenle katı elektrotlardan beklenen lityuma ve dentrit oluşumuna karşı yüksek kararlılıktır. Lityum iyon katıhal pillerinde dentrit oluşumunun sebepleri bugüne dek anlaşılmış ve yoğun biçimde araştırılmış değildir.

Katı Hal Pillerinin Yapısı

Lityum iyon katıhal pillerinde kullanılan malzeme türleri farklı şekilde sınıflandırılabilir. Sıklıkla üç malzeme sınıfı oluşturmak mümkündür: Polimer, sülfürik, oksidik.

Günümüzdeki Lityum hava katıhal pilleri lityumdan bir anot, seramik, cam yahut her ikisinden yapılmış bir kompozit malzeme içeren bir elektrolit ve gözenekli karbondan bir katot ihtiva ederler. Anot ve katot elektrolitten yük aktarımını iyileştiren ve katotu elektrolit ile elektrokimyasal olarak birleştiren bir polimer-seramik alaşım malzemesiyle ayrılır. Polimer seramik alaşımlı malzeme direnci düşürmeye yarar.

Bu tür iyon iletkenleri için, Ag+iyonlarının yük aktarımında Ag4RbI5, Li+ iyonlarının yük aktarımında LiI/Al2O3 karışımları örnek verilebilir.

Özellikler

Katıhal pilleri esasen aşağıda verilen özellikleri sergilerler:

Düşük güç yoğunluğu yüksek enerji yoğunluğu. Düşük güç yoğunluğuna sebep yüksek akımları katı-katı-sınıryüzeyleri üzerinde aktarabilmenin güç olmasıdır. Diğer taraftan bu piller bu noktadaki zayıflığı dengeleyebilecek bazı üstünlüklere sahiptir: Kolayca minyatürleştirilebilirler (örneğin ince film şeklinde imal edilebilirler) ve elektrolitinin pilin gövdesindeki sızıntı neticesinde zarar görme tehlikesi bulunmamaktadır. Kural olarak çok uzun bir ömür beklentisine ve depolama kolaylığına sahip olmakla birlikte sıcaklığın geniş aralıklarda değişmesi durumunda dahi (sıvı elektrolitlerde donma ya da kaynamaya neden olabilmektedir) güç çıkışında keskin düşüşlere maruz kalmamaktadır. Tutuşmama özelliği de ayrıca anılmaya değer bir başka üstünlükleridir.

Katıhal pillerinin en başta gelen zayıflığı olarak cam-seramik elektrolitlerin düşük iyon iletim yeteneği gösterilebilir. Günümüz katıhal elektrolitlerinin iyon iletkenliği sıvı elektrolitlerinkinden düşük kalmaktadır.

Hacim-Güç yoğunluğu pilin büyüklüğünü, kütle-güç yoğunluğu ise pilin ağırlığını belirler. Elektrikli otomobil sektöründe bu kavramlar önemli bir role sahiptirler. Ragone diyagramı güç ve enerji yoğunluğu arasındaki ilişkiyi göstermektedir. IBM firmasının araştırmacılarına göre teorik olarak Lityum-Hava pillerinin erişilebilir spesifik enerjisi (havadaki oksijenin ağırlığı hariç tutularak) kilogram başına 11 kWh (Kwh/kg) kadardır. Araştırmacıları pratikte bu azami değerin ancak onda birine ulaşılabileceğine inanmaktadırlar.

Geçmişten Günümüze Lityum İyon Pilleri

Mevcut lityum iyon pillerin zayıf yönleri arasında örneğin lityum iyon pilin yarısından fazlasını oluşturabilen gerekli soğutma ve diğer düzenekler sayılabilir. Ek olarak, çoğu sıvı elektrolit yanıcıdır ve bu da ek güvenlik düzeneklerini gerekli kılar. Elektrotların kullanım ömrünün uzatılması için pilin de soğutulması ve pilin tamamen şarj veya deşarj olmasının önüne geçilmesi gereklidir. Sakti3 firmasının katıhal pilleri esasen lityum iyon teknolojisine dayanmakta olup akışkan elektrolit burada tutuşma riski olan bir ince katı elektrolit bir tabakası ile yer değiştirmiştir. Bu tasarımın bazı prototiplerinin oldukça sağlam olduğu ve binlerce doldur boşalt döngüsünü gerçekleştirebildiği gözlemlenmiştir.

Hurdaya Çıkarılan Dizüstü Bilgisayarların Bataryalarından Nasıl Faydalanılabilir?

Almanya'da yaşayan herhangi biri, dünyadaki diğer birçok ülkede enerji arzının ne kadar yetersiz olduğunu hayal bile edemez: Hindistan'da milyonlarca insan bir elektriksel güç kaynağına düzenli olarak erişememektedir. Bunun elbette bir takım ekonomik sonuçları da oluyor. Pek çok aktivite söz konusu olduğunda, örneğin hava karardıktan sonra bir ışık kaynağına erişebilmek veya düzenli olarak şarj edilmesi gereken bir akıllı telefon aracılığıyla randevu oluşturabilmek oldukça faydalı olurdu. Prodip Chatterjee bunu değiştirmek istiyor. Kendisi Nunam isimli, basit bir geri dönüşüm çevriminden faydalanarak ülkenin bazı bölgelerindeki elektrik açığını kapatmayı amaçlayan ve kar amacı gütmeyen yeni bir şirket kurdu. Eski, kullanılmış dizüstü bilgisayarların bataryaları enerji depolamak için kullanılacak. Audi Çevre Vakfı pilot aşamayı finanse ederken, Berlin Teknik Üniversitesi de projeyi yöntemsel olarak destekliyor.

Eski Bataryalar Anma Güçlerinin Üçte İkisini Korumaya Devam Ediyorlar

Nunam, temelde çok basit bir yaklaşımı benimsiyor: Çalışanlar, hurda satıcılarının ellerindeki tüm eski dizüstü bilgisayar bataryaları satın alıyor ve bunları, küçük, sabit enerji depolama işlevi taşıyan “güç bankaları” olarak iş görebilmeleri için dönüştürüyorlar. Potansiyel, pek çoğunun tahmin edebileceğinden daha büyük. İlk test çalışmaları, atılmış dizüstü bilgisayarlarda bile bataryalaların genellikle ilk/anma kapasitelerinin üçte ikisi kadar bir şarj kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, fan veya lamba gibi uzun süreli ve düşük güç tüketen cihazları tedarik etmek için oldukça uygundurlar. Bu arada, piller boşaldığında güneş enerjisi kullanılarak yeniden şarj ediliyorlar.

Bataryaların Tekrar Kullanımında Audi Çevre Vakfı Nunam Firmasını Finanse Ediyor 

“Teknoloji, mümkün olduğu kadar uzun süre kullanılması halinde en çevre dostu kullanıma sahip olmaktadır. İlk kullanımından sonra yine başka amaçlarla bu bataryaları kullanabilirsek, hem enerji ve hammadde tasarrufu sağlıyor, hem de elektronik atık miktarını azaltmış oluyoruz. Etkili çevrimler, yeryüzündeki kaynakları korumak için önemli bir kaldıraç, ”diyor Audi Çevre Vakfı Genel Müdürü Rüdiger Recknagel. Bu nedenle vakıf, kendisini teknolojinin sürdürülebilir kullanımına adamış projeleri desteklemektedir.

Bir Kilowatsaat Kapasiteli Elektriksel Depolama

Nunam, her satın alınan batarya için işe performansını doğrulayarak başlıyor. Üzerinde çalışılmaya değer olması için bu kapasite en az % 60 olmalıdır. Bunu takiben yaklaşık bir kilowatsaat kapasiteli yeni enerji depolama cihazları oluşturulabiliyor. Bu prototipler ayrıca İnternete bağlantı sağlayan ve veri toplama için kullanılan bir SIM kart ile donatılmıştır. Bu şekilde Nunam, yeni batarya sistemlerinin yeniden kullanılabilirliği, performansı ve hizmet ömrü hakkında bilgi edinebiliyor. Faydalı kullanım ömürlerinin sonunda, küçük depolama sistemleri firmaya geri veriliyor.

Bu arada, performansı planlanan kullanım için yetersiz olan bataryalar, doğrudan bölgesel bir batarya geri dönüşüm şirketine gönderiliyor.

Hammaddeden Tasarruf Sağlanıyor.

Sonuç olarak, Nunam bu konsept ile sadece elektriği ücra bölgelere taşımayı başarmadı. Aynı zamanda hammadde kullanımının optimize edilmesini de sağlamış oldu.

Prodip Chatterjee: “Kazan-kazan durumları yaratıyoruz: aksi halde bir atığa dönüşecek olan eski pil hücreleri önce yeniden kullanılıyor ve ardından uygun şekilde imha ediliyor. Hurda satıcıları bunları bize yeniden satarak kazanıyor ve Hintli aileler ve bayiler uygun fiyatlı enerji depolamasından yararlanıyor ” şeklinde özetliyor bu girişimi.

Küçük Ölçekte Seri Üretim Hedefi Gözetiliyor

Projenin pilot aşaması Audi Çevre Vakfı tarafından finanse edilmektedir. Şimdiye kadar Nunam, yaklaşık 1.000 dizüstü bilgisayar bataryasından 5.000'den fazla pil hücresini söküp test etti. Bundan 25'den fazla enerji depolama sistemi oluşturularak, bunların kırsal bölgelerde elektrik kaynağı olarak görev yapmasının sağlanacağı ifade edilmektedir. Her şey yolunda giderse, Nunam küçük ölçekli üretim yapmayı ve ilave güç kaynakları geliştirmeyi hedefliyor.

Hindistan Bataryaların Tekrar Kullanımı İçin Çok İdeal Bir Ülke Konumunda 

 

Elektrikli Araçlarda Akü Kapasitesi

Tahrik sistemini besleyen akünün kapasitesi (enerji depolama yetisi), elektrikli otomobillerin kullanılabilirliği ve ekonomikliği bağlamında en önemli belirleyici parametrelerden biridir. Akü kapasitesi söz konusu olduğunda iki karşıt stratejiden bahsedilebilir.

Elektrikli Araçlarda Akü En Önemli Bileşenlerden Biridir

Akü Kapasitesinin Artırılması: Bu sayede, ara şarja ihtiyaç duymadan çok büyük bir menzile ulaşılabilirken akünün kullanım ömrünü de uzamış olur. Akü, hem kapasitesi hem de güç tüketimi bakımından daha az yüke maruz kalır, böylece aracın tam kullanım ömrüne karşılık gelen döngü sayılarına ulaşabilir. Öte yandan, araç ağırlığı ve yatırım maliyetlerinin ciddi ölçüde arttığı rahatlıkla görülebilir. Özellikle ikincisi, seri üretimden ve giderek artan bir şekilde teknik gelişmelerden elde edilen tasarruf etkileriyle kısmen dengelenebilir. Elektrikli otomobillerde kullanılan büyük aküler 2018 yılı esas alınırsa, 100 kWh civarında enerji depolamaktadır ki bu da 100 km'de 15 kWh ila 25 kWh araç tüketimi üzerinde hesap yapılırsa kabaca 600 km'nin üzerindeki bir menzil için yeterli gelmektedir. Örnek verilecek olursa bu tür akülerin kullanıldığı araçlar arasında Tesla Model S, Tesla Model X, NIO ES8, Jaguar I-Pace, Audi e-tron sayılabilir. Öte yandan, akülü otobüsler de 600 km’lık bir menzile ulaşmak için 600 kWh'den fazla kapasiteye sahip olmalıdır.

Daha Ufak Kapasiteli Akü Kullanımı : Böyle bir kullanımın üstün yanı , düşük araç ağırlığı , ayrıca çok daha düşük bir satın alma maliyetleridir. Bununla birlikte, bu konsept, bir birbirine muntazam şekilde irtibatlandırılmış örneğin şehir içerisindeki park alanları, yüksek performanslı bir şarj altyapısı gerektirir. Aküler çalışma sırasında çok fazla yüklenerek daha hızlı yıpranırlar. Bunun örnekleri, Streetscooter, Renault Twizy, e.GO Life'dır.

Lityum İyon Pillerdeki Metal İçerik Oranının Basit Şekilde Hesabı

Bir lityum iyon pilin lityum içeriğini nasıl bilebilirim? Teorik açıdan, tipik bir lityum-iyon pilde metal vasfında lityum elementi yoktur. Bununla birlikte, yine de dikkate alınması gereken eşdeğer bir  lityum içeriğinden bahsetmek mümkündür. Bunun için basit bir formül kullanılabilir.  Bir lityum-iyon hücresi için bu, nominal kapasitenin (amper-saat cinsinden) 0,3 katı olarak hesaplanır. Şimdi bunu bir örnek ile izah edelim: 

Örnek: 2 Ah  18650 li-iyon pil, yukarıdaki katsayı yani 0,3 ile çarparsak,  0.6 gram lityum içeriğine sahiptir. 8 hücreli (4'ü seri ve 2'si paralel) 60 Wh'lik tipik bir dizüstü bilgisayar pilinde bu rakama 4,8 g'a ulaşır. 8 gram UN  shipping yönetmeliklerinin belirttiği üst değer sınırının altında kalmak için, getirebileceğiniz en büyük pil 96 Wh'dir.  Bu paket, 12 hücreli bir düzenlemede (4s3p)  2.2 Ah kapasiteli hücreler içerebilir. Bunun yerine 2.4Ah hücre kullanılsaydı, paketin 9 hücre (3s3p) ile sınırlandırılması gerekirdi. Umarım 

Lityum Sülfür Pillerin Ticarileşmesi Neden Çok Zaman Alıyor?

Lityum iyon piller in bu kadar yaygın şekilde kullanılması elbette bir çok üstünlüğüne atfedilebilir. Şu an için yakın gelecekte bu pillerin alternatifinin olduğu düşünülmemekle beraber bir çok alternatifleri geliştirilmeye devam ediyor. Mesela lityum-sülfür piller teoride lityum-iyon pillerden çok daha enerji yoğun özellikteki pillerdir. Ne var ki bu pillerde görülen polisülfit iyonlarının mekik hareketi nedeniyle ömür beklentisi ve verimlilik çok ciddi ölçüde azalmaktadır. 

Li-ion pillerden farklı olarak, elektrotlar arasında hareket eden iyonlar, elektrotların içindeki moleküler deliklere girerek orada kalmak yerine elektrotların yüzeylerinde reaksiyona maruz kalırlar Yüzeydeki bu reaksiyonlar, katotun yüzeyinde, pil boşaldıkça boyut olarak küçülen polisülfit iyonları üretir. Başlangıç reaksiyonları katodun yüzeyinde zamanla Li2S'ye dönüşecek olan Li2S8 üretir.

Lityum Sülfür Piller ve Mekik Hareketi

Bu, Li-S pillerin çalışmasını sağlayan temel mekanizma olsa da, sülfür iyonları lityum iyonlarını emdiği ve polisülfit moleküllerinin katottan sızmasına neden olduğu için farklı iyonların çevrede bulunan elektrolite salınması önemli bir sorundur. , işlem sırasında bozunur.

İki polisülfür iyon formasyonu arasındaki temel fark, elektrolit içine sızanların, pil döngülerini bitirdiğinde (ilgili elektrotlarına geri dönebilen) tamamen parçalara ayrılmaması ve bunun da uzun dönemli pil verimliliği ve kararlılığını azaltmasıdır. 

Polisülfür iyonları elektrolitte çözünür ve bu da iki elektrot arasında 'mekik' hareketinin meydana gelmesini sağlar. Bu mekik hareketinde moleküler iyonlar, tekrar daha uzun zincir haline geldikleri katoda geçmeden önce anotta daha kısa polisülfit zincirlerine indirgenir. Elektrotlar arasında sürekli olarak hareket ettikleri için, hiçbir zaman nötr bir duruma geri dönmezler (yüzey polisülfür iyonları dönerken ) ve şarj ve deşarj mekanizmaları bakımından iş görmez hale gelirlerken aynı zamanda pilin şarj ve deşarj döngülerinin gerçekleşmesini kolaylaştırmak için mevcut olan iyon sayısını azaltırlar. 

Takımın yaptığı şey, vücudumuzda daha çok bir nöro-aktarıcı olarak görev alan glutamat molekülünü, en yaygın kullanıma sahip olan elektrolitlerden biri olan Li-S elektrolitine yani bis (triflorometansülfonil) imid (LiTFSI)'e az miktarda (% 4 oranında ) katmak oldu. 

Böyle küçük bir değişiklik, Li-S pillerde polisülfid birikmesi olmadan daha uzun çevrim sürelerinde çalışabilme anlamına gelmektedir. Bunun nedeni, polisülfit iyonları üzerinde itici bir etkiye sahip olan glutamatın, polisülfit iyonlarının katottan elektrolite sızma olasılığını azaltmasıdır.

Ticarileştirme Çabaları

Akademik düzeyde çok sayıda çalışma yapılırken, Li-S'nin endüstri tarafından büyük ölçekte üretilmeye başlanması ancak geçen yıl (2019) gerçekleşebilmiştir. [2,3]. İngiltere merkezli şirket Oxis Energy, dünyada Li-S'yi böyle bir ölçekte deneyen ve üreten ilk firmadır ve ilk etapta iyonların elektrolit tarafından bastırılmasından ziyade sızmasını önlemeye odaklanmıştır. Firma saf bir kükürt katotundan ziyade, karbon, kükürt ve diğer Li-S elektrotlarına göre daha yüksek bir verime sahip bir polimer bağlayıcıdan oluşan hibrit bir malzeme kullanmaktadır. Bu malzeme de katodun kimyasal olarak parçalanmasını ve polisülfit iyonlarının çevreleyen elektrolite sızmasını önleyen seramik bir kaplama (pasivasyon katmanı) ile korunmaktadır. 

Sonuç

Sonuçta, Li-S pillerinde polisülfür mekik hareketinin önlenmesi, enerji yoğunluklarının ticari Li-ion pillerden beş kata kadar daha fazla olabileceği göz önüne alındığında, bu piller için çok sayıda ticari fırsata imkan verebilecektir. Bütün cephelerde ciddi ilerlemeler kaydediliyor ve eğer araştırma uzun süreler boyunca istikrarlı ve verimli Li-S pilleri üretmeye devam ederse, ticari olarak kullanımlarını görmemiz pek uzun sürmeyecek ― ama yine de kitlesel olarak benimsenmesi uzun bir süre mümkün olmayabilir. 

Biyo-Pillere Giden Yolda: Sodyum-İyon Piller

Şimdiki Lityum iyon piller kadar güçlü ucuz ve bozularak toprağa karışabilen bir pil : Şu an için çok iddialı  olan ama gerçek olmasına ihtimal verilmeyen bu pil birkaç yıl içinde gerçek olabilir. Fiziko kimyacı Engelbert Portenkirchner, organik maddelere ve sodyum iyonlarına dayanan bir pil geliştirmek için çalışıyor. 

Dünyadaki en hafif metaldir, esas olarak tuz göllerinden çıkarılır ve her birimiz gündelik hayatta çok defa elimizde tutuyor oluruz: LİTYUM. Lityum-iyon pillerin yapısında görev alan bu hafif metal, cep telefonlarında, dizüstü bilgisayarlarda ve elektrikli otomobillerde bulunmaktadır. Ancak lityum sadece sınırlı ölçüde temin edilebilmektedir: Innsbruck Üniversitesi Fiziko Kimya Enstitüsü'nde görev yapan bilim insanı Engelbert Portenkirchner, "Dünya çapında bulunan tüm arabaları lityum iyon pillerle donatmak isteseydiniz, bunun için yeterli lityumu bulmanız mümkün olmazdı" diye açıklıyor. "Tabii ki geri dönüşüm süreçleriyle eski pillerden geri kazanım sayesinde bu durum aşılabilir, ancak bu süreçte her zaman bir malzeme kaybı söz konusu olacaktır” diye de devam ediyor. Avusturya Bilim Fonu FWF tarafından finanse edilen projesinin bir parçası olarak, bu bilim insanı, lityuma alternatif olabilecek malzemeleri tercih ediyor: Sodyum iyonlarına dayanan tamamen organik bir pil geliştirmeyi arzuluyor. 

Sodyum Yeryüzünde Çok Sık Bulunan Bir Elementtir. Sodyum İyon Piller de  Li-ion  Pillere Ciddi Bir Alternatif Olabilir 

Sodyum tuzları olarak adlandırılan ve her evde sofra tuzu biçiminde bulunan doğal sodyumun dünya üzerindeki rezervi lityuma kıyasla çok daha yüksektir: Sadece bir litre deniz suyu ortalama 11 gram sodyum iyonu içermektedir. “Temelde bir çok element pil üretiminde kullanılabilir. Lityum iyon pillerin geliştirildiği dönemde yine sodyum iyonlarıyla ilk deneyler de bu nedenle yapılmıştı. Ancak, lityum iyon pillerin hızlı başarısından dolayı bunlar hızla geri planda kaldı. ” diye açıklıyor Portenkirchner. 

Boyut Yönünden Zayıflık 

İş görmek için bir pilin iki elektrota ihtiyacı vardır: biri pozitif yüklü - katot - ve diğeri negatif yüklü - anot. Aküler dolar veya boşalırken iyonlar bu iki elektrot arasında ileri-geri yönde hareket ederler, böylece elektrik yükünün tutulmasını ya da serbest bırakılmasını sağlamak üzere elektrot malzemesi ile reaksiyona girerler. Temelde sodyum ve lityum iyonları çok benzer kimyasal özelliklere sahiptir - her ikisi de çok reaktiftir, bu da bir pil üretimi söz konusu olduğunda önemli bir özelliktir. Bununla birlikte, sodyum iyonları lityum iyonlarından çok daha büyüktür, bu nedenle şu anda kullanılan elektrot malzemesi sodyum iyonlarıyla çalışmaz. “Basitçe söylemek gerekirse, küçük lityum iyonları şu anki elektrot malzemesine ki lityum iyon pil için genellikle grafit ve lityum metal oksittir doğru göç edebilirler - Sodyum iyonları ise iyon yarıçapları, yani boyutları nedeniyle bunu yapamazlar, ”şeklinde izah ediyor Portenkirchner. 

Bozularak Toprağa Karışabilen Pil 

Bu arada, araştırmalar organik yarı iletken malzemeler temelinde elektrot malzemeleri alanında da büyük adımlar attı. Fiziko-kimyager , "Bugün muz kabuklarından üretilmiş ve çalışan bir pil hücresi inşa etmek mümkün," diyor. Linz Üniversitesi'ndeki yaptığı tez çalışması çerçevesinde Engelbert Portenkirchner, organik güneş pilleri üzerinde de çalıştı ve organik elektrot malzemesi ile ilgili çok fazla deneyim kazanabildi. “Bu organik malzemelerin bir özelliği çok gözenekli olmaları. Bu nedenle, iyonların büyüklüğü burada neredeyse hiç rol oynamadı. Sodyum iyonları normalde lityum iyonlarına benzer kimyasal özelliklere sahiptir ancak yer kabuğundaki bulunabilirlikleri lityumdan bin kattan daha yüksek olduğundan tamamen organik bir pil için mükemmel bir malzemedirler ”diyor Portenkirchner. Daha yüksek bulunabilirlik ve buna bağlı düşük üretim maliyetlerine ek olarak, Portenkirchner'ın şu anda araştırmayı sürdürdüğü sodyum iyon pilinin başka bir avantajı daha olacaktır: “Lityum gerek yerden çıkarılması gerek geri dönüşüm ya da imha işlemleri açısından özellikle çevre dostu değildir - tamamen organik sodyum-iyon piller ise basitçe bozularak tekrar doğal döngüye geri döndürülebilir. 

Henüz Yolun Başındayız 

Bu vizyonu gerçek kılabilmek için Engelbert Portenkirchner şu anda yarım hücrelerde sodyum iyonlarını araştırıyor. “Sistemi test etmek için onu ideal ve basit bir temele indirgemeye çalışıyoruz. Başlangıçta yarım hücre inşa etme düşüncemiz var. Bu amaçla test elektrodunu metal bir silindirin içine yerleştirdim, elektrotların üzerine organik malzemelerle kapladım ve sonra silindiri elektrolit çözeltisiyle doldurdum. Karşı kutup olarak saf sodyum metali kullanıyorum ” diyerek açıklıyor işleyişi Portenkirchner . Bu test elektrodu daha sonra inert koşullar altında, elektrik yükü üretip üretmediği ve üretiyorsa bunun büyüklüğünü belirlemek üzere test edilir ve optimize edilirler. “Bir pil şarj olduğunda ya da boşaldığında iyonlar, bu durumda sodyum iyonları, elektrotların içine veya dışına hareket eder. Bu nedenle, güçlü bir pil geliştirmek için karşılık gelen malzemelerdeki sodyum iyonlarının tam olarak nasıl hareket ettiğini anlamalısınız. ” Yarım hücreli testler tatmin edici sonuçlar verirse, bilim adamları bir adım daha ileri gidip bir tam hücre üretecekler. “Ancak tatmin edici şekilde çalışıp konvansiyonel lityum-iyon pil ile karşılaştırılabilir enerji yoğunlukları sağlarsa , bu pil tasarımını daha sonra pazarlanabilir hale getirecek bir endüstriyel partnere verebiliriz ." 

İlk etapta kulağa bu denli basit bir şeymiş gibi gelen şey, organik ve bozularak tekrar kullanılabilir sodyum iyonları söz konusu olduğunda hala uzağımızda bulunuyor. "Sodyum-iyon piller şimdiden yarım ve tam hücre formunda iş görüyor ancak henüz lityum-iyon piller kadar güçlü değiller " diyor Portenkirchner. Kendisi sistemin rekabetçi olabileceğine inanarak bu sistemle ilgili temel araştırmalarını sürdürüyor.. 

Elektrikli Araç Bataryalarının İkinci Hayatı Mümkün mü?

Elektrikli araçların pilleri için ömürleri süresince çok zorlu işletme şartları söz konusudur. Aşırı çalışma sıcaklıklarına yıl boyunca yüzlerce kısmi dolup boşalma döngülerine, değişken deşarj oranlarına maruz kalan lityum iyon pillerin kaliteleri işletme sürelerinin ilk ilk beş yılı boyunca ciddi bir şekilde azalır ve çoğu durumda bu piller yaklaşık on yıllık bir kullanım ömrü için tasarlanırlar. Bununla birlikte, bu piller, genel olarak toplam kullanılabilir kapasitenin yüzde 80'inin korunmasını ve 24 saatlik bir süre içinde sadece yaklaşık yüzde 5'lik bir dinlenme deşarj oranının elde edilmesini içeren EV performans standartlarını karşılamadığında bile, ikinci bir ömre sahip olabilirler Yeniden üretildikten sonra, bu tür piller, sabit enerji depolama hizmetleri gibi daha az talepkar uygulamalara hizmet etmek için hala yeterince performans gösterebilmektedir.

Elektrikli Araç Pillerinde İkinci Hayat Süreçleri Şeması

Bir EV pili ilk kullanım ömrünün sonuna ulaştığında, üreticilerin üç seçeneği vardır: onu elden çıkarabilir, değerli metalleri geri dönüştürebilir veya yeniden kullanabilirler .Elden çıkarma çoğunlukla dış muhafaza kısmı zarar görürse veya gerekli pazar yapısına sahip olmayan bölgelerde gerçekleştirilir. Çoğu bölgede, yasal düzenlemeler toplu olarak elden çıkarmaları önler. Pillerin geri dönüşümü elektrotların kobalt ve nikel gibi yüksek değerli metaller içerimesi halinde mantıklı bir seçim olabilir, çünkü özellikle 2020'lerde kritik seviyede olması öngörülen nikel ve potansiyel olarak kobalt tedarikleri de göz önüne alındığında, tedarik ve geri dönüşüm maliyetleri arasında yeterli bir fark meydana gelebilir. Geri dönüşüm yoluyla pillerde kullanılabilecek ilave bir metal ham maddesine sahip olmak, tedarikin güvenliğini sağlamak isteyen batarya üreticileri için zorlayıcı olsa da, bu yolun ölçek kazanması için madencilikle yeterince rekabet edebilir ve uygun maliyetli bir geri dönüşüm sürecini geliştirmek daha da fazla önem arzedecektir ; Bununla birlikte, daha fazla metalin geri dönüşümünü sağlayan süreçler henüz tamamen olgunlaşmıştır denilemez.

Şu an için en uygun çözümün geri dönüşüme yollanmadan önce, asli görevi için uygun olmayan, deyim yerindeyse emekli olmuş pillerin toplu enerji depolamada kullanılması, sonra da geri dönüşüm sürecine dahil edilmesidir. Çünkü piyasada emekliye ayrılan pillerin pek çoğunun depolama kapasitesinin yaklaşık yüzde 70 kadarını tutabildiği düşünülürse böyle bir yöntemin son derece mantıklı ve verimli olabileceği görülmektedir.

Freewire Technologies ve benzeri firmalar kullanılmış   lityum iyon pilleri mobil şarj istasyonları kurarak kullanılmış bataryaların ikinci bir hayata sahip olmalarını sağlıyorlar.

Freewire Technologies firması kullanılmış lityum iyon pillerle mobil depolama sistemleri geliştiriyor. Üstte bir görselini verdiğim mobil depolama sisteminin gelecekte daha da yaygınlaşması halinde, sürekliliği olan ve son derece verimli bir altyapı oluşturulması sürecinde, elektrikli araç devriminin önemli bir parametresi olmaması için hiç bir neden bulunmuyor.

Elektrikli Otomobiller Neden Temiz Enerjiye Dönüşün Düşmanıdır?

Otomobil endüstrisindeki hızlı dönüşüm, karları azaltıyor, marjları daraltıyor ve iş imkanlarını açıktan tehdit ediyor. 20 yıl içerisinde çocuklarımız haklı olarak nasıl bir düşünceyle böyle hareket ettiğimizi soracaklar. 

Almanları diğerlerinden ayıran, ancak gurur vesilesi olmayan bir durumdan bahsedelim şimdi : Anglo-Amerikan dilinde yüzyıllardır geçerli olan bir terim “Alman korkusu”. İlk tren 1835'te Nürnberg ve Fürth arasında işletildiğinde endişeli çağdaşlar sağlık sorunları konusunda uyarılarda bulundular, çünkü onlara göre bu tren insanlık dışı bir hızla hareket ediyordu. Her ne kadar bu endişe demiryolu kullanımında ortaya çıkan patlamayı engellememiş olsa da, en hızlı ve en güvenilir trenler bugün başka yerlerde çalışıyor. 

Örnek olarak, iklim değişikliği korkusu, iyi niyetli ve ilerleme tutkunu Almanları, özellikle kariyer politikacılarını da tahrik etmeye devam ediyor. Bu korkunun sonucu da tabii ki enerji dönüşümü ve elektrikli otomobiller olarak karşımıza çıkıyor. 

Ancak korku kötü bir kılavuzdur. Bu korku, iklimin korunmasına gerçek bir katkının nasıl sağlanabileceği konusundaki olgusal tartışmanın gündemden düşmesine neden olmuştur. Daha da kötüsü, Almanlar, dünyanın zirvesinde olan son sanayisini yok etmenin eşiğindeler. Çünkü otomotiv endüstrisindeki hızlı dönüşüm karları azaltıyor, marjları daraltıyor ve işleri tehdit ediyor. 20 yılda çocuklarımız haklı olarak nasıl bir düşünceyle böyle hareket ettiğimizi soracaklar. 

Bugün Almanya’daki Elektrikli Araçlar İklimi Mahvediyor 

Temel olarak, elektrikli arabalar taşımacılık sektöründeki CO2 sorununa bir cevaptır, ancak mutlak anlamda bir cevap değil - en azından bugün değil, önümüzdeki birkaç yıl içinde ve özellikle Almanya'da değil. Ülke, kWh başına yaklaşık 489 g CO2 (2017) üreten ve eş zamanlı olarak gün boyunca büyük miktarda arz edilen yenilenebilir enerji ile başa çıkmaya çalışan enerji mevcut üretim altyapısını “ ilerlemeci “ bir enerji dönüşümüne borçludur. 

Elektrikli araçlar da eklenirse, Alman binek araç filosunun elektrikli araçlarla % 100 penetrasyonu durumunda yaklaşık 110 TWh ek elektrik gücü talebi meydana gelecektir. Sonuçta, bu bugünkü toplam Alman elektrik talebinin yüzde 20'si - yani on nükleer santrali büyüklüğünde bir talep oluşturmaktadır. 

Tabii ki, bu ek elektrik talebi yavaş yavaş oluşacaktır. Şu anda, Alman elektrikli araçlarının elektrik talebi bir TWh'nin bile altında. Ancak, ilave bir talep söz konusu olduğu için, her şeyden önce linyit başta olmak üzere fosil yakıtlardan elektrik üretimini azaltmada rekabete maruz kalacaktır.Bir kWh yenilenebilir enerji ile ya bir kWh linyit gücü ikame edilebilir veya bir elektrikli otomobil çalıştırılabilir. 

Gerçekten Yeşil Değiller: Elektrik Üretimi  Tümüyle Yeşil Değilse , Elektrikli Araçlar  CO2 Bilançosu  Verimli Değildir

Tabii ki bu öyle o kadar kolay değil, çünkü e-araçlar, özellikle de büyük bir bataryaya sahip olanlar, çoğunlukla geceleri şarj ediliyor; Güneş enerjisi bu durumda yakıt olarak düşünülemez. Bu ek talebi karşılamak için, biyokütleden veya rüzgâr gibi diğer enerji kaynaklarına ve bunlar için gerekli altyapılara ihtiyaç vardır. Yenilenebilir enerjinin 1 kilowatt saatinin linyitten üretilen 1 kilowatt.saat elektriğin yerini alması durumunda, CO2 emisyonları yaklaşık 910 g / kWh azalacaktır.Bu 1 kilowatt.saat enerjinin orta menzilli bir elektrikli arabanın çalışması için kullanılması halinde yaklaşık altı kilometre daha fazla yol katedilebilecek olup bu da e içten yanmalı bir motorlu taşıtın emisyonunun aynı ölçüde azalması anlamına gelecektir. Pratik kullanım göz önünde bulundurulacak olursa, modern bir dizel araç dizel yakıtın taşınması ve üretilmesi emisyonlarını hesaba katarsak aynı mesafede yaklaşık 790 gram Co2 yayar ki bu da linyitin yerinin alınması durumunda elde edilecek olan Co2 azalma miktarından bile daha düşüktür. 

Elektrikli otomobiller, Almanya'daki toplam CO2 dengesini kötüleştirecek 

Akü üretimindeki emisyonları da dahil edersek , elektrikli araçların bilanço dengesi daha da kötüleşir (akü boyutu 40 kWh olarak düşünülsün ). Bu emisyon artışı altı kilometrelik mesafe üzerinden hesaplandığında 215 gram CO2 olarak ortaya çıkar. Elektrikli araç daha büyük bir aküye sahipse, örneğin Tesla'daki gibi 100 kWh, o zaman 540 gram CO2 artışından bahsedilmelidir. Bunları bir araya getirirsek ortaya çıkan manzara nettir: 1 kWh linyit enerjisinin yerine geçen bir kWh yenilenebilir enerji, çevreyi yaklaşık 910 gram CO2 gazından kurtarmış olurken elektrikli arabada kullanılması halinde bu rakam yaklaşık olarak sadece 490 gram olacaktır. 

Politika Süreci Yönetmeli Ama Lütfen Doğru Şekilde 

Bu durumda, siyasetin bu alandaki uzmanlara müdahale etmesi ve otomotiv sektörünün CO2 azaltımına gerçek bir katkı yapmasını sağlaması istenmeliydi. Fakat şu anda tam tersi gerçekleşiyor: Dizel, sorgulanabilir ölçüler ve hatta daha fazla sorgulanabilir sınır değerler esas alınarak kötüleniyor, AB CO2 emisyon hedeflerini daha da düşürüyor, böylece daha fazla elektrikli araç satışını zorluyor. Sonuç olarak, Almanya'daki ulaştırma sektörünün CO2 emisyonları düşebilir, ancak örnek hesaplamada gösterildiği gibi genel CO2 bilançosu bozulacaktır. 

Peki ne yapılmalı? Bugün, makul bir şekilde tüketilemeyen veya depolanamayan çok fazla çevre dostu yenilenebilir elektrik enerjisi var. Bu enerjinin elektromobilite için kullanılması istenmesi halinde, otomobil kullanıcılarının yenilenebilir enerjinin bol olduğu durumlarda araçlarını şarj etmeleri için teşviklerin getirilmesi gerekmektedir. Örneğin, öğle yemeği arasında. İşyerinde şarj imkanlarının daha güçlü bir şekilde desteklenmesi bu nedenle anlamlı bir siyasi girişim olabilir. Ek olarak, fazla üretim oluşan zaman dilimleri için ekonomik teşvikler yaratılması memnuniyetle karşılanacaktır. Bu süre zarfında kullanıcıya üstüne ödeme bile yapan ücretsiz elektrik veya bir bonus sistemi kullanmak da düşünülebilir. Bu elektrikli otomobilin yaygınlaşmasını teşvik edecektir. 

Temiz Enerji Fazlalığı Olduğunda Şarj 

Politikacılar içten yanmalı motorların temelde kötü olduklarını ileri süren dogmalarını sorgular hale geldiklerinde bile bu önemli bir adım sayılmalıdır. Ama ya elektriği tamamen rejeneratif kaynaklardan temin ediyorlarsa ? Çünkü bu durumda bile elektrikli otomobilin kullanılması çevresel yönden muhtemelen anlamsız olacaktır. Mesele mesafelere bağlı hale gelmektedir. Her gün işe gitmek için 20 kilometre ve ayda bir kez akrabalara ya da tatile gitmek isteyen birisi için , tümüyle elektrikli bir otomobil, gerçekten nadiren ihtiyaç duyulan çok büyük bataryası nedeniyle yanlış bir tercih olacaktır. Bu sadece araç kullanırken enerji harcanmasına neden olmaz , aynı zamanda akü üretiminde gereksiz yere CO2 salınımına neden olur . Yaklaşık 50 ila 100 kilometre elektrik menziline sahip olan bir plug-in hibrit araç bu durumda çok daha çevre dostu bir alternatif olacaktır. 

Hala Uzun Bir Süre İçin Çevre Dostu Temiz İçten Yanmalı Motorlara İhtiyacımız Var. 

Dünyanın karmaşık bir yer olduğunu ve en basit çözümlerin genellikle işe yaramadığını kabul edelim. Modern ve temiz içten yanmalı motorların, ulaştırma sektöründe meydana gelen zararlı emisyonları etkin bir şekilde azaltmak için uzun bir süre stratejimizin bir parçası olarak kalması gerekecektir. Bu nedenle, politikalarımızın tarafsız ve ideolojik olmayan bir temelde hareket ederek , doğru karar vermek için biraz daha fazla zaman harcaması yerinde olacaktır. İklimin korunması insanlık için son derece hayati bir konudur.

Akrilik Camlı (Pleksiglas) Bataryalar

Neredeyse sınırsız bir batarya ömrü, dizüstü bilgisayar ve akıllı telefon kullanıcıları için arzu edilen bir hedeftir. Araştırmacı Mya Le Thai ve California Üniversitesi'nden meslektaşları bunun için gerekli malzemeleri keşfettiler. Le Thai , elektronları depolayarak sonra serbest bırakan nanotelleri akrilik camın ana bileşeni olan plastik polimetil metakrilat (PMMA) ile kapladı. Görünüşe göre, sert bir jel formunu alan bu malzeme ince telleri kararlı hale getirme özelliğine sahip. : PMMA ile, piller bir anda 200.000 şarj döngüsüne kadar çıkabilir hale gelmiş oluyorlar. Araştırmacılar bunun için manganez dioksit kaplamalı altın nanoteller kullandılar. 

Akrilik Cam (pleksiglas) Tabanlı Yeni Batarya İle 200.000 Şarj-Deşarj Döngüsü Mümkün. 

Konvansiyonel nanotel tabanlı pillerle , her iki malzemenin ( yani tel ile kaplaması) birbirinden çok çabuk çözülmesi nedeniyle başarılı uygulamalar geliştirilemiyor. Ayrıca, bu pil tipi, incecik yapıdaki nanotellerin kırılganlığından ciddi şekilde olumsuz etkilenmektedir. Araştırmacılara göre, 5.000 ila 7.000 şarj döngüsünden sonra, genellikle bu piller işe yaramaz hale geliyorlar. Meydana getirdikleri bu yeni malzeme kombinasyonları konvansiyonel tiplerden çok daha üstündür, ancak maalesef henüz ticari olarak piyasaya sürülebilir durumda değiller.

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."

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.

Geleceğin Pil Teknolojileri-2 : Enerji Deposu Olarak Şehrin Tümü

Şunu biliyoruz ki büyük şehirlerde bulunan herkes bir şeyleri kendi usulünce halleder. Bu enerji temini açısından da böyle . Bazıları çatıda bir fotovoltaik sistem kurup işletir, diğerinin garajda hiçbir işe yaramadan atıl duran bir bataryasıyla elektrikli arabası vardır ve yan tarafta bir kamu kurumu kendi kullanımı için kojenerasyon tesisini çalıştırmaktadır. Neden tüm bu sistemler ve daha fazlası devasa bir elektrik bataryası ile birleştirilerek merkezi olarak yönetilmesin? Bunun işe yarayıp yaramadığı, araştırmacıların Ruhr bölgesinde iki şehir için bir yıllık saha denemesinde 2017 yılında simüle edildi ve daha sonra pratik olarak test edildi. Bir yazılım, elektriği kimin sağlayabileceğine bir enerji deposunun hala doldurulması gerekip gerekmediğine ya da ek olarak bir kombine ısı ve enerji santralini devreye almaya gerek olup olmadığına karar verdi.

Gelecekte Tüm Bir  Şehir Enerji Depolamada Büyük Bir Pil Olarak Kullanılabilecek.

Böyle bir "Büyük Şehir Elektrik Bataryası", böyle küçük sistemlerin esnekliğinden yararlanır ve büyük yatırımlar yapmadan oluşturulabilir. Çünkü enerji üreteçleri ve depoları zaten mevcut ve şebekeye bağlılar. Amaç, güç tüketimindeki dalgalanmaların etkilerini asgariye indirebilmek. Buna uygun olarak, büyük akü sistemlerine lere ve yeni güç hatlarına olan talep azalmaktadır. 

TU Dortmund yönetimindeki ekibin araştırmalarına göre, Ruhr bölgesinde bulunan iki şehrin toplam depolama kapasitesi üç ila beş megawatt.saat dolaylarında. Almanya ölçeğinde hesaplandığında, mevcut pompaj depolamalı hidroelektrik tesislerinin kapasitesini aşan bir potansiyelin söz konusu olduğu ortaya çıkmıştır. 

Geleceğin Pil Teknolojileri 1: Ravent Suyundan Pil

Ravent suyundan Pil

Bu tür piller enerji devriminin gizli yıldızları arasında kabul edilmekte. Redox akış pilleri,  hemen hemen her boyutta üretilebilmektedir, çünkü elektriği bir elektrolit sıvısı yardımıyla depolarlar. Daha fazla sıvı aynı zamanda daha fazla depolanmış enerji anlamına gelmektedir ve işte bu yüzden yer altı mağaralarının çok geçmeden devasa pil tanklarına dönüştürülmesi beklenmektedir.

Ravent Bitkisiyle Redoks Akış  Pilleri Geleceğin Pil Teknolojilerinde Önemli Bir Yer  Bulabilir.

Akış pilleri teknolojisindeki temel sorundan bahsedelim: Şimdiye kadar, pahalı vanadyum tuzları maliyetleri bir hayli artırmaya devam etti ve hala da devam etmekte. Bu yüzden Harvard Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndan Michael Aziz tarafından yönetilen ve alternatif arayışında olan bir ekip, yaklaşık 10.000 organik molekül verisi içeren bir kütüphaneyi taramayı sürdürüyor.  Araştırmacılar, bitkisel  tıp alanında müshil olarak kullanılan antrakinon madde sınıfında aradıkları şeyi buldular. Ekip bu maddenin elektrolit olarak vanadyum görevini göreceğini düşünüyor. Aziz, ayrıca “çok ucuzlar” diyor. Test ettikleri bu madde, ravent bitkisinde de çok benzer bir formda bulunabilmekte ve ayrıca  bitkilerden de elde edilebilir özellikte.

Aziz'e göre, kilovat-saat başına 20 € 'luk bir depolama kapasitesinin tesisi, normal maliyetlerin sadece üçte birine denk düşecek. 

Vanadyum Tuzları ile Ravent Bitkisi Enerji Yoğunluğu ve Maliyet Karşılaştırması

Bununla birlikte çalışma ekibinin halen mevcut bulunan bir zayıflığı ortadan kaldırması gerekiyor.

Ravent-kinon,   vanadyum metal tuzları kadar kararlı değildir. Şimdiye kadar, bilim adamları herhangi bir ölçülebilir bozulma olmaksızın 100 şarj döngüsünü ispatlayabildiler ise de ticari bir versiyon için 10.000 civarında bir döngü kapasitesi öngörülüyor.

Havadaki Oksijeni Kullanan Bataryalar (Redoks Akış Pilleri )

Rüzgar ve güneşten gelen enerji için depolama her şeyden önce makul bir maliyete sahip olmalı: Araştırmacılar sülfür ve hava ile çalışan bir akü geliştirdi.

Yanmış bir kek sonunda kendini genellikle biyo-çöplükte, aşırı tuzlu bir çorba da çöplükte bulur Cambridge'deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsündeki (MIT) araştırmacılar için bu durum böyle değil. Yet-Ming Chiang ve çevresindeki ekibi, çok makul fiyatlı bir batarya geliştirdi. Keşif, bir deney sırasında tesadüfen gerçekleştirilmiş oldu.

Havadaki Oksijeni Kullanan Bataryalar Gelecekte Yenilenebilir Enerji Sistemlerinde Önemli Bir Yer Tutabilirler.

"Joule" isimli mesleki derginin güncel sayısında, şarj edilebilir özellikteki bir sulu pilin yepyeni tasarımını sunuyorlar. Redoks akış bataryalar olarak da bilinen bu akülerde, katı akülerin aksine tüm bileşenler suda çözünen özelliklere sahiptir. Anot ve katot olarak görev alan iki ayrı sıvı birbirlerine ters yönde sirkülasyon yapıyor ve iyonlar merkezde yer alan bir membran da değiş tokuş ediliyorlar. Sıvılar, esas hücre yapısının dışında yer alan bir tankta depolanmakta ve sirkülasyon sırasında zara doğru pompalanmaktadır. Geniş bir yer gereksinimleri nedeniyle, şu an için herhangi bir akıllı telefon ya da elektrikli arabayı enerjilendirmeleri pek mümkün olmasa da rüzgar ve güneş enerjisinin depolanması söz konusu olduğunda oldukça ilgi çekici bir hale geliyorlar.

Bu akümülatörlerin Vanadyum iyonlarıyla çalışan piyasaya sürülebilir tipleri, kilowatt-saat başına 1000 $ ‘a ulaşan maliyetleriyle nispeten pahalıdır. Bunun nedeni, bu geçiş metalinin bataryada kullanılan tuzlarının yüksek malzeme maliyetidir. Chiang'ın ekibi, şimdi, prototipindeki malzeme maliyetlerini bir dolara indirebilmeyi umuyor. Diğer deneysel redoks akış pilleri için fiyatlar hala 10 ile 100 ABD doları arasındadır. Araştırmacılar, sıvı anot için ucuz ve kolayca temin edilebilen sülfür bileşiklerini kullanıyorlar. Anodun elektriksel olarak negatif karşıtı, havanın oksijenini kullanan katottan oluşur.

Havadaki Oksijeni kullanan bir elektrodun katot olarak görev görebilmesi Chiang ve ekibinde doğrudan bir Aha-Deneyimine sebep oldu. Çünkü o, bu tepkimeyi ancak başarısızlıkla sonuçlanan bir deneye daha yakından baktıktan sonra keşfetmiş oldu. Bu deneyde Potasyum Permanganat ‘ın katot görevi görmesi gerekirken bu bileşiğin bunun için uygun olmadığı ortaya çıktı. Ne var ki batarya yine de kendisinden bekleneni verebilmişti. Chiang bunun sebebinin suda çözünmiş olan oksijen olduğunu buldu.

Bu tür bir batarya ile, geleneksel hidroelektrik veya basınçlı hava depolama sistemleriyle rekabet edebilecek, bu sistemlerin coğrafi sınırlamalarına sahip olmayan enerji depolama maliyetleri elde edilebilir. Dünyanın en hızlı, en ucuz veya en küçük pil bataryaları için yapılan yarışmada, Chiang ve çevresindeki araştırmacılar pek çok rakip teknolojinin geliştiricileri arasında bulunuyor. Chiang'in prototipindeki bazı bileşenler, havadan oksijen alan lityum pillerde olduğu gibi diğer üst yapı çalışmalarında test edilmiştir. Bahsi geçen redoks akış pilleri de farklı çeşitlerde geliştirilmektedir. Bu pillerin uzun süreli olarak stabil bir sıcaklıkta sabit tutulamaması halen bir sorun. Çünkü bu pilin yenilenebilir teknolojiler için bir depolama elemanı olarak kullanılması için en önemli şey, pek çok şarj döngüsüne yaklaşık 10 ila 20 yıl boyunca dayanabilmesidir. Bununla birlikte, burada, Chiang ve çevresindeki araştırmacılar bu yöndeki çabalarını artırmak zorundalar , çünkü şimdiye kadar bataryaları sadece 1500 saat dayanabiliyor. Bu sadece iki ay demek.

Lityum İyon Pillerde Isıl Yönetim ve Ömür

Çok sık kullanılan farklı pil türleri ile kıyaslandığında Lityum-İyon piller uzun ömürlü olmaları, zararlı madde içermemeleri, yüksek enerji ve güç yoğunluğuna sahip olmaları vs. nedeniyle öne çıkmaktadırlar. Lityum kimyasal periyodik sistem içerisindeki en hafif metaldir. Tüm metaller içerisinde en yüksek elektrokimyasal potansiyele sahip olanıdır. Bu özelliklerinin sağladığı yüksek elektriksel kapasiteye paralel olarak, çeşitli katot malzemeleri ile üretebildiği hücre gerilimleri sayesinde kimyasal enerji depolama alanında ideal bir elektrot malzemesi sayılmaktadır.  Bu nedenle lityum-iyon piller günlük yaşamın tüm sahalarında giderek daha fazla karşımıza çıkmaktadır. Daha çok, şebekeden bağımsız elektriksel güç beslemeleri veya elektronik cihazların yedek pilleri olarak kullanılır. Özellikle mobil teknolojide kullanılan ufak çaplı uygulamalarda , notebooklarda, kameralarda, aletlerin kullanımında yaşanan patlama kitlesel ölçekte bir yaygınlaşmaya neden olmuştur. 

Küçük taşıtlarda Lityum iyon kullanımı önem kazanmıştır. Otomobillerde Hibrit tahrikli , yüksek gerilimli elektro tahrike sahip şeklinde ortaya çıkan kullanım tümüyle patlamayı andıran bir gelişim sergilemiştir. Böylece, Federal Almanya’nın 2025 yılına kadar elektrikli araçların sayısını 6 milyona çıkarma hedefi gündeme gelmiştir. Bu da dolayısıyla lityum iyon pillerin gelişimi ile paralel ilerlemek durumundadır. 

Herhangi bir elektromekanik enerji depolayıcısına elektrikli araçlarda kullanılması amacıyla uygunluk kazandırılması çok çeşitli teknik ekonomik ve de çevresel faktöre aynı anda bağımlı olabilmektedir. A.B.D İleri Pil Konsorsiyumu (USABC) bu amaçla, pil teknolojisinde hedeflenen amaçların belirlenmesi ve elde edilen ilerlemelerin ölçülebilmesinde enerji yoğunluğu konusunun yanında güvenlik ve ömür konularını da anahtar gösterge olarak kabul etmektedir. Ne var ki otomobil sanayii tarafından ortaya konan spesifikasyonlar bu yaklaşımın karşısında durmaktadır: Burada pillerin tasarımında, faydalı hacimsel ve gravimetrik masrafları gözle görülür şekilde sınırlandıran, yüksek güç ve enerji yoğunluğuna sahip uygun maliyetli çözümler talep edilmektedir. 

Lityum iyon pillerin otomobillerde kullanımı, yüksek kapasiteleri nedeniyle özellikle büyük çaplı bir seri bağlantı durumunda termal güvenlik açısından sorunlara yol açmaktadır. Bunun nedeni lityum iyon pillerin sıcaklık ve gerilim bakımından daha önceden net olarak belirlenmiş bir sahada faaliyet gösterebilmesidir. Bu sahanın dışında kalındığında, bu pillerin kullanımı elektriksel güçte bir azalışa ve güvenlik risklerine sebebiyet vermektedir. En basit örnek olarak hemen yakın geçmişte 2013 yılında Dreamline pil markasında yaşanan sıkıntıyı ve 2017 yılının başında HP bilgisayar markasının piyasadaki 100000 tablet bilgisayarını ciddi yangın tehlikesi nedeniyle geri çağırmak zorunda kalışını anımsayanlar olacaktır.

Lityum iyon Piller Serin Tutulmalıdır.
Çoğu pil üreticisinin direktiflerini dikkate alacak olursak günümüzde otomobillerde kullanılan lityum pillerde (Grafen ya da kısaltılmış şekliyle C/LMO, C/LiCoxNiyMnzO2 veya C/NCM ) güvenilir kabul edilen sıcaklık aralıkları şöyledir:

Deşarj -20 ila + 55 °C , Şarj 0 ila 45 °C . Ki4Ti5O12’li veya LTO negatif elektrotlu Lityum iyon pillerde en düşük sıcaklık değeri -30 °C dir. Normal şartlarda lityum iyon pillerin işletme gerilimleri 1,5 volt ile 4,2 volt arasında değişir. (bu değerler C/LCO, C/NCA, C/NCM ve C/LMO için 2,5 ve 4,2 volt, LTO/LMO pillerde 1,5 ila 2,7 volt, ve C/LFP pillerde 2 ila 2,7 volt arasındadır.)

Artan sıcaklıklar ile lityum iyon pillerde meydana gelen basınç artışı neticesinde yanıcı gazlar ortaya çıkar ki bu durum giderek güçlenerek patlamaya benzer bir yanma süreci ile devam eder. Buna termal kaçma denir. Bu anlamda yüksek sıcaklıklarda kullanım çok sorunlu hale gelmekte, arıza ve zararlara neden olmaktadır.

Lityum-İyon Pillerde Isıl Yönetim Pil Ömrünü Artırmada En Önemli Yöntemlerden Biridir

Lityum-İyon Pillere Karşı Bir Meydan Okuma: Farklı Dış Sıcaklıklar
Isıl yönetim bakımından elektrikli araçlarda kullanılan piller çok geniş bir işletme şartları sahasına sahiptir. Farklı dış sıcaklıklar ısıl yönetim noktasında bu piller için aşılması gereken ciddi bir sorundur ve bu durum tüketici elektroniğinde kullanılan pillerin tabii olduğu şartlar ile mukayese dahi edilemez. Örneğin soğuk günlerde kullanılabilir kapasite dolayısıyla aracın menzili, deşarj sonu gerilimine daha erkenden ulaşılacağından düşecektir. 

Bu pillere karşı bir meydan okuma niteliği taşıyan diğer bir sorun ise otomobil sanayii için 8 ila 10 yıl olarak tanımlanmakta olan pil ömrüdür. Bu ömür pilin ısıl yönetimi ile sıkı bir ilişki içerisindedir. Hücrenin yaşlanma hızı sıcaklığa bağlıdır ve iç direnci artışı ile kapasitenin azalması şeklinde kendini açığa vurmaktadır. Ömür sonu şartı uygulamaya bağlı olarak tanımlanmakta ve her bir dolumda asıl kapasitenin ancak % 80 ine ulaşılması ve aynı şekilde iç direncin iki misline çıkması halinde bu şartın oluştuğu kabul edilmektedir. 

Optimal sahanın üzerindeki sıcaklılarda görülen yaşlanma hızı Arrhenius denklemi ile yaklaşık olarak tahmin edilebilir: her 10 Kelvin sıcaklık artışında hücrenin ömrünün yarıya düşmesi beklenir. Burada yalnızca ortalama hücre sıcaklığının değil, hücre içerisinde ve hücreler arasındaki sıcaklık gradyeninin de belirleyici olduğunu belirtmek gerekir. Düzensiz bir ısı dağılımı bölgesel sıcak noktalar oluşturarak erken yaşlanmaya ve kapasite düşüşüne katkıda bulunur. Hücreler arasında oluşan sıcaklık farkları hücreleri yine farklı hızlarda yaşlandıracaktır:  Seri bağlanmış hücrelerde en zayıf hücre tüm sistemin ömrünü belirleyici durumundadır. Bu nedenle hem ortalama sıcaklık hem de pile ait ısıl yönetim sisteminin kontrol ettiği sıcaklık farkları dikkate alınmalıdır. İdeal olan ise her şekilde pil sisteminde meydana gelen ısının olabildiğince düzgün şekilde dağılmasını sağlayabilmektir. 

Şarj Cihazları

Aküleri koruyarak hızlı ve tam bir şekilde şarj edebilmek için çoğu zaman bir gerilim kaynağını (mesela smps güç kaynağı gibi)  akünün iki kutbu arasına bağlamak yeterli olmayacaktır. 

Öncelikle şarj akımını doğru bir şekilde belirleyebilmek önem arzeder: Bu akım yeterince hızlı bir şarj için gereken büyüklükte ama  aynı zamanda da aküyü aşırı ısınmaya ve yüklenmeye uğratmayacak kadar da yüksek bir değerde olmamalıdır. Tavsiye edilen en yüksek şarj akımı akü tipine bağlıdır. Çok derin boşalmış lityum tip akülerde en baştan düşük bir akım seçmek doğru bir yaklaşım olabilir. Şarj akımının büyüklüğü göreceli olarak şarj gerilimine ve söz konusu gerilim altındayken de şarj durumu ve sıcaklığına bağlı olduğundan çoğu şarj cihazı sabit akım kaynağı (en azından şarj sona erinceye dek) gibi çalışır. Şarj gerilimi, istenen şarj akımına ulaşılıncaya dek otomatik olarak belli sınırlar dahilinde regüle edilirler. Sonra şarj gerilimi şarj sırasında yavaşça yükselir ki bu yükseliş hızı şarjın son safhalarında daha da hızlıdır. 

Şarj Cihazı

Aküyü aşırı yüklememek için şarj durumu otomatik olarak izlenmelidir; Şarj cihazı tam bir şarj sonrasında ya şarj akımını tamamıyla keser ya da dengeleme yüklemesine geçer. Devreden çıkarmadaki kriter çoğunlukla belli bir yükleme gerilimine ulaşılmış olması (şarj sonu gerilimi) ya da gerilimin gazlaşma tepesini (tam bir şarjın olduğuna işaret eder) geçmesinin ardından tekrar düşmeye başlamasıdır. 

Çoğu şarj cihazı fazladan bir takım kriterlere göre çalışmaktadır. Bu kriterler arasında örneğin, darbeli yükleme yöntemlerinde düzgün ve kısa aralıklarla şarj duraklamaları sırasında ölçülen boşta gerilimler, akülerin geçmiş süresi ya da sıcaklığı, hatta çoğu zaman akü içerisindeki gaz basıncı sayılabilir. Buna karşılık en elverişli olmasa da en basit çözüm sabit akım regülasyonuna ilave olarak, istenilen şarj sonu gerilimine yönelik gerilim sınırlaması yapmaktır. 

Şarj süreçlerinin ayrıntıları her bir akü tipi için farklı olduğundan, şarj cihazı da her bir tip için farklı olmalıdır. Mesela NiMH veya NiCd aku için uygun olan bir şarj aleti Alkali Mangan (tekrar şarj edilemeyen tipteki) aküleri canlandırmak için kullanılamazlar. Çünkü burada hücre gerilimleri daha yüksektir ve ölçülen şarj akımı daha düşüktür. NiCd aküler için tasarlanmış bir cihaz da muhtemelen NiMH aküyü aşırı yükleyecektir, çünkü gazlaşma tepesi daha düşükte meydana gelmektedir. Çok sayıda akıllı şarj cihazı içerisinde elektriksel karakteristiğini kullanarak kendisine bağlı akü tipini otomatik olarak devreden ayıran ve şarj parametrelerini buna uygun olarak ayarlayan elektronik devreler içerir. Diğer cihazlar el ile farklı akü tiplerine uygun olarak ayarlanabilir. Daha kompleks şarj stratejileri kural olarak mikroprosessörler yardımı ile gerçekleştirilebilir.

Pillerin Ömrünü 8 Katına Kadar Çıkaracak İncecik Bir Kılıf Görünümündeki Elektronik Trafo : Batteriser

Bir elektronik trafo yardımıyla pillerin elektrik enerjisini tutma kapasitelerinin tamamından faydalanmak mümkün. Batterisers’in mucidi, bunu çok cüz’i bir meblağ karşılığında gerçekleştirmeyi vaad ediyor. Bugün için fazladan faydalanma sözü verilen enerjinin tüm pil kapasitesine oranı % 20 mertebelerinde. 

Bob Roohparvar icadının tanınıtımında iki adet kullanımış kalem pili alarak boştaki gerilimlerini ölçüyor. O an için , ilk başlangıç değeri olan 1,5 volt yerine 1,3 volt değeri okunuyor ölçüm cihazından. Roohparvar pilleri alıp, Bluetooth özellikli bir klavyenin batarya kısmına takıyor. Hazır bulunan herkes klavyenin çalışmadığını, pillerin boş olduğuna şahit oluyor. 

Batteriser  Elektronik Trafo Yardımıyla Pillerin Ömürleri 8 Katına Kadar Çıkabilecek 

Sonra, pilleri çıkartıp, onları incecik bir kılıfı andıran ve aslında boş olsa da içerisinde kısmen enerji barındıran pilleri canlandırmaya yarayan Batterisers’lara geçiriyor. Başarılı bir sonuç ortaya çıkıyor. Klavye artık üzerinde yeni piller varmışçasına çalışıyor. Klavyenin bağlı olduğu Apple marka bilgisayar göstergesiyle pillerin % 100 dolu olduğunu bildiriyor. 

Şimdi işin sırrından bahsedebiliriz. İncecik kılıf,yani nam-ı diğer Batteriser aslında bir elektronik trafo. Bu cihazın asli görevi pilin çıkış gerilimi 1,5 voltun altına düşse bile onu 1,5 voltta sabit tutmak. Roohparvar bu değerin 0,6 volt’a kadar düşebileceğini söylüyor. Böylece pillerin ömürleri uygun koşullarda sekiz katına kadar uzatılabiliyor. Bu sonbaharda Batterisers piyasaya sunulacak. Dörtlü paketin fiyatı yaklaşık 10 $ civarında olması bekleniyor. Elektronik trafo tekrar tekrar kullanılabilir özellikte. 

Batteriser Dörtlü Paketlerde ve Yaklaşık 10  $ Fiyatla Satılacak

Kulağa biraz gerçek dışı gibi gelen şey bilimsel olarak teste tabii tutulmuş. Kaliforniya San Jose Devlet Üniversitesinden fizikçi Kiumars Parvin “Batteriser’i test ettik ve bunun sonucunda çok rahat olarak şunu söyleyebiliyoruz ki, artık bir pilin kullanılmadan çöpe atılmasına kesin gözüyle baktığımız yaklaşık % 80’lik bir enerji tutma kapasitesinden faydalanabiliyoruz ” diyor 

Roohparvar, aşırı deşarja uğrayan pillerin herhangi bir tehlikeyi beraberinde getirmediği konusunda garanti verdikten sonra pillerin akmadığını ve aşırı şekilde ısınmadığını da vurguluyor. Kendisinin ifadesiyle: Havalimanlarında uçağa alınmasında sakınca görülmeyen Batteriser’ler çevreyi koruyor. Her yıl A.B.D ‘de yaklaşık 15 milyar adet pil herhangi bir şekilde geri dönüşüm veya çevreye zarar vermemesi için herhangi bir işleme tabii tutulmadan çöpe atılıyor. Bu rakam , satın alınan pillerin % 98’ine tekabül etmekte. 

Roohparvara göre bu cihaz pil üreticileri için ticari anlamda ciddi bir tehlike anlamına geliyor. A.B.D ‘de pil piyasasının büyüklüğü 3,4 milyar dolar ve onun gerçekleştirdiği ve işe yarayacağından emin olduğu bu inovasyon piyasada talep görecek olursa, o bu rakamın 1 milyar doların da altına düşeceğine kesin gözüyle bakıyor.