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 

 

Sıfır Karbon Emisyonuyla Uçmak Mümkün mü?

Havada da işler tıpkı yerdeki gibi: CO2 emisyonları düşmek zorunda. Ulaşım, AB'deki toplam CO2 emisyonlarının neredeyse üçte birini oluşturmaktadır. Avrupa Çevre Ajansı tarafından tarafından verilen bilgiye göre , Sivil havacılık 2016 yılı için hesaplanan emisyonun yüzde 13,5 kadarını tek başına karşılamakta. Uçak denilen taşıt bu yönüyle özellikle çok eleştiriliyor çünkü tüm taşıt türleri içinde kişi-kilometre başına en fazla sera gazı salınmasına neden oluyor : Federal Çevre Ajansı'na göre otomobilden yüzde 25 daha fazla. Giderek daha sık uçtuğumuzdan, zararlı emisyon miktarları sürekli artmaktadır. Ancak alternatif motor yapıları ve sentetik yakıtlar emisyonsuz uçuşu mümkün kılabilir.

Gelecekte Sıfır Karbon Salınımlı Uçaklara Binmek Mümkün Olabilecek.

Stuttgart Üniversitesi Uçak İnşaa Enstitüsü, e-Genius projesiyle küçük yolcu uçakları ve kısa mesafeler için alternatif motor tahrik sistemleri araştırıyor. İki kişilik bir uçak, 2015 yılında tümüyle akü enerjisiyle beslenerek Stuttgart'tan Milano'ya Alpler boyunca uçtu. "İtalya'da öğle yemeği yedik, bu arada aküleri elektrikle şarj ettik ve aynı gün geri uçtuk," diyor uçağın elektrikli tahrik sisteminden sorumlu olan Ingmar Geiß. Havayolu mesafesi sadece 325 kilometre, uçağın maksimum menzili de 400 kilometredir. Geiß, "Günümüz teknolojisiyle, elektrikli tahrik sistemleri iki koltuklu uçaklarda oldukça iyi çalışıyor" diyor. E-Genius şu anda bir seri hibrid tahrik sistemine dönüştürülüyor: küçük bir pil sadece kalkış ​​için kullanılıyor, uçak bir dizel jeneratör tarafından besleniyor. 

Dizel jeneratöre temiz bir alternatif ise yakıt hücresidir: karbondioksit yok, azot oksit yok, partikül yok  ve kısaca bu teknoloji zararlı emisyonlardan arınmıştır. Hidrojenin yeşil elektrik kullanılarak üretilmesi şartıyla tabii ki.  Yakıt pili kullanan tahrik sistemleri yeni uçak konfigürasyonları gerektirir. Kanatlarda gazyağı yerine gövdede hidrojen depolanır ve iki ya da dört küçük motor yerine kanatların altına birkaç küçük elektrik motoru asılır. Bu tahrik teknolojisi iklime en fazla yardımcı olma potansiyelini içinde taşır çünkü hava taşımacılığındaki tüm mesafeler için uygundur: önce kısa ve orta mesafe ve hatta sonradan, teknolojik ilerlemelerin akabinde, uzun mesafeli uçuşlar için. Münih'teki Alman motor üreticisi MTU Aero Engines İnovasyon Yönetimi Başkanı Jörg Sieber, "Kısa ve orta mesafeli uçuşlar en yaygın olan uçuşlar. Bu uçakların tahrikindeki değişikliklerin çevre üzerinde hızlı ve açıkça olumlu bir etkisi var." Münih merkezli şirket, kısa ve orta mesafeli havayolları için bir yakıt hücresi üzerinde çalışıyor ve “ Bu tip tahrik sistemine sahip ilk uçaklar muhtemelen 2050'de kullanıma girebilir ” diyor Sieber. 

Zararlı Emisyon İçermeyen Kerosen

O zamana kadar, biyoyakıtlar zararlı emisyonları azaltmaya yardımcı olabilir. Bitkisel yağ esaslı olup fosil yakıt ile karıştırılabilirler. Bununla birlikte, CO2 emisyonları yüzde 60 ila 80 daha düşük ve kurum emisyonlarının normal yakıta göre yarı yarıya düşük olmasına rağmen, sadece birkaç havayolu bunları yakıtlarına ekliyor. Sebeplerden birini zikredelim o zaman : "Biyoyakıt, konvansiyonel kerosenden çok daha pahalı olduğu için, yalnızca birkaç havayolu yeşil kerosen tercih ediyor " diyor Sieber. 

Biyo-yakıta bir alternatif, güçten-sıvıya (Power-to-Liquid) adı da verilen sentetik kerosendir. Zararlı emisyonlara neden olmadan yanabilmektedir. Düşük tüketimin olduğu dönemlerde mevcut olan fazlalık enerji kullanılarak üretilir. Temiz enerjiye geçişin önemli bir sorunu rüzgar ve güneşten elektriğin genellikle ihtiyaç az olduğunda üretilmesidir. Ancak, elektrik büyük miktarlarda depolanamaz. Bu elektrikle sentetik ham petrol ve kerosen gibi yakıtlar üretmek daha mantıklıdır. Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü Mikro Yöntem Tekniği Enstitüsü başkanı Profesör Roland Dittmeyer, "Bu sayede hem enerji hem de taşımada dönüşüm sürecine yardımcı olunuyor " diyor. İş arkadaşları ile birlikte bu enstitüde, CO2 kullanılarak CO2'den sentetik kerosen üreten bir sistem geliştirdi. İlk varil kerosen ile sadece birkaç gün önce dolduruldu.

"Yapay kerosen , uçak motorlarında herhangi bir değişiklik yapmadan yüzde 50'ye kadar fosil gazyağı ile karıştırılabilir," diyor Dittmeyer. Motorlar ayrıca tamamen güçten-sıvıya (sentetik-kerosen ) ile çalıştırılabilirler, ancak yeni yakıta dayanacak farklı malzemelerden contalara sahip olmalıdır. Bu yaklaşım teknik olarak uygulanabilir ve en temiz çözüm çünkü bu şekilde uçmak iklim açısından büyük ölçüde zararsızdır" diyor.

Uçak Yakıtı Kerosen Bilinen İsmiyle Gazyağı Geçmişte Aydınlatmamızı Sağlayan Bir Yakıttır. 

 Dittmeyer'e göre, Karlsruhe yöntemi yaklaşık beş yıl içinde piyasaya hazır olabilir ve mevcut tank altyapısı değişmeden kullanılmaya devam edebilir. Bununla birlikte, sentetik yakıt üretimi enerji yoğundur, bu nedenle beklenen maliyetler esas olarak elektrik fiyatına bağlı olduğundan halen fosil gazyağı için mevcut piyasa fiyatlarından litre başına yaklaşık 1 ila 1,50 Euro ile epeyce daha yüksektir. 

En büyük Avrupalı ​​uçak üreticisi Airbus, geçtiğimiz yıldan bu yana bölgesel hatlarda çalışan dört motorlu bir jeti elektro-uçuş araştırmalarında hizmet etmek üzere uçan bir laboratuvara dönüştürdü. Elektrik projesinin adı olan E-Fan X için proje yöneticisi Olivier Maillard, "Dört motordan biri elektrikli bir motor ile değiştirildi. Elektrik motoru piller ve kerosen yakıt jeneratörü ile çalışıyor." dedi. Burada motor üreticisi Rolls Royce ile işbirliği yapılıyor. 

E-Genius'un aksine, Airbus uçağının farklı tahrik motorlarını aynı anda çalıştırabilen bir paralel hibrit olması planlanıyor .Bu projedeki elektrikli tahrik motoru kerosen sistemindekine benzer şekilde iki megawatt üretiyor. Günümüz pil teknolojisi ile, Airbus uçakları için uzun mesafeli uçuşlar mümkün olmayacaksa da kısa ve orta mesafeli uçuşlar mümkün olacabilecektir . Maillard, "Bu mesafeler özelinde tamamen aküden beslenen elektrikli ve hibrit tahrik sistemleri üzerinde çalışıyoruz ve tabii alternatifleri göz ardı etmiyoruz." Bu teknolojiler önümüzdeki 10 ila 15 yıl içinde piyasaya hazır olabilir.

Süperkondansatör Özellikleri ve IEC / EN 62391–1

Doğru şekilde kullanıldığında, süper kondansatörler yüksek güç seviyelerini, yüksek darbe karakteristiğindeki  yükleri ve uzun süreli yedek güç ihtiyaçlarını  sorunsuz şekilde destekleyebilirler. Süper kondansatör özelliklerindeki bir takım nüansları anlayabilmek, bu performans yeteneklerini en üst düzeye çıkarmanın bir anahtarıdır.

 Süperkondansatör boyutları için bir miktar standartlaşmadan bahsedebiliriz,  örneğin, 10x30 mm'lik bir süperkondansatör genellikle endüstri genelinde 10 Farad kapasitesindedir. Bazı tedarikçiler, muhtemelen farklı kapasitans toleranslarına sahip 11F veya 12F cihazı olarak da  sunabilirler ve aynı eğilim diğer kondansatör boyutlarında da geçerlidir, ancak bu durum çok zaman  bir pazarlama stratejisi olarak görülür. Gerçekten farklılığı meydana getiren asıl unsurlar  DCL ( sızıntı akımı) veya ESR (eşdeğer seri direnç) gibi uygulamaya ait  performansı doğrudan etkileyen diğer elektriksel parametrelerdir. Bunlar, sektörde boyut veya kapasitans temelinde standart değildir.

IOXUS marka 3000F Süperkondansatör (Elektriksel Çift Katmanlı )

 

 Süper kondansatörler için spesifikasyon belgeleri genellikle cihazların kapasitansını ve voltajını (ve sonuç olarak ortaya çıkan enerji yoğunluğunu) belirtirken, ESR'yi anlamak uzun vadeli sistem tasarımı başarısı ile ilgili kritik faktörlerden biridir. Örneğin, süperkondansatör kapasitansı ve ESR'nin her ikisi de sıcaklığa bağımlı olsa da, ESR'nin sıcaklık bağımlılığı kapasitanstan çok daha büyüktür.

 Süperkondansatör ESR değeri  model, seri ve üretici yönüyle  değişiklik arzeder. Genel olarak, kapasitans arttıkça ESR azalır demek mümkündür. Örneğin, X firması, kendi standart serileri veya endüstride kullanılan diğer ürünlerle karşılaştırıldığında düşük ESR özelliklerine sahip özel düşük ESR tasarımlı süper kondansatörler üretmektedir. Bu ürünlerin tercih edilmesi,  uygulamada ESR katkısı önemli olduğu için seri olarak birden fazla hücre gerektiren  çözümler söz konusu olduğunda kritik olabilir. Bununla birlikte, düşük ESR performansına ulaşmak için feragat edilen  şey tipik olarak ESR ile ters orantılı oldukları için yüksek  sızıntı akımı (DCL:direct current leakage ) dır.

 Kapasitans genellikle 25 ° C ila nominal sıcaklık aralığında oldukça kararlıdır, ancak -40 ° C gibi düşük sıcaklıklarda% 25 veya daha fazla düşebilir. Yüksek performanslı süperkondansatör tasarımları -40 ° C ve üstü tüm çalışma sıcaklığı aralığında küçük kapasitans değişiklikleri gösterirler.

Süperkondansatör  ESR değeri için tipik olarak 1kHz'de yapılan bir AC ölçümüdür.

 Süperkondansatör ESR’si  ise  daha karmaşıktır. Genellikle yüksek sıcaklıkta düşer ve düşük sıcaklıkta yükselir. Bazı tipik cihazlar için 85 ° C'de ESR, 25 ° C'de ESR'nin yarısıdır ve -40 ° C'de ESR, 25 ° C'de ESR'nin yaklaşık 9 katı olabilir. Çalışma sıcaklığı aralığında kapasitansta çok az değişiklik  gösteren veya hiç değişiklik göstermeyen  yüksek performanslı ürünler bile aynı sıcaklık aralığında ESR'de% 250 veya daha fazlası bir değişiklik gösterebilir.

 Sıcaklık, Gerilim ve Süper Kondansatör Ömrü

 Süper kondansatör performansını etkileyen sadece sıcaklık değildir; çalışma sıcaklığı ve uygulanan gerilimin  kombinasyonu, bir süper kondansatörün çalışma ömrünü belirlemede önemli bir husustur. Kombine edilmiş  sıcaklık ve uygulanan gerilim etkilerinin dikkate alınması durumunda, ESR önemli bir faktördür.

 Süper kondansatörlerin nispeten düşük sıcaklıklarda (örn. 25 ° C) çalışması, dahili yıpranma mekanizmalarını ve bunun sonucunda meydana gelen  ESR'deki artışı azaltır. Daha yüksek sıcaklıklarda, uygulanan gerilimin düşürülmesi, yüksek sıcaklığın zararlı etkisini dengelemeye yardımcı olabilir. Uygulanan gerilimin daha düşük sıcaklıklarda yükseltilmesi, artan ESR'nin dengelenmesine yardımcı olabilir.

 Aşağıdaki grafik, belirli bir sıcaklıkta sürekli çalışma için kapasitansın 1.8V ve 2.5V gerilimlerinde % 30 ve 2.5V gerilimde % 50 oranında düşmesi için geçen süreyi göstermektedir. Bu grafik, izin verilen minimum kapasitans değerinin bilindiği  belirli uygulamalar için çalışma ömrünü tahmin etmek için kullanılabilir.

Kondansatör ömrü ile Sıcaklık ve Gerilim arasındaki ilişkiye ait Grafik

Şarj ve Deşarj Karakteristikleri

Süper kondansatör şarjı ve deşarjı sırasında ölçülen kayıplar, cihazın dahili DC direnci ile ilgilidir. Bu dahili DC direnci (Ri),  ESR veya dahili AC direnci ile karıştırılmamalıdır. ESR, DC direncinden çok daha küçüktür. ESR, süperkondansatör ömrünü değerlendirirken faydalı olsa da, ani ilk devre akımları (in-rush ) veya diğer tepe akımlarını hesaplamak için uygun değildir.

 Gerilim Dengeleme

Daha yüksek voltaj sağlamak için modüller gibi seri olarak birden çok süper kondansatör kullanıldığında voltaj dengeleme önemli bir husustur. Tek bir süper kondansatör geriliminin önerilen maksimum çalışma gerilimini aşmadığından emin olmak önemlidir. Bu seviyenin aşılması ESR değerinde bozulmaya ve cihazın kullanım ömrünün düşmesine neden olur. Gerilim dengesizlikleri kapasitans farklılıklarından kaynaklanır. Seri bağlı cihazlar bir gerilim bölücü görevi görür, bu nedenle daha yüksek kapasitanslı kondansatörler üzerinde daha yüksek bir gerilim oluşur . Kapasitans değerleri +/-% 20 arasında değişebileceğinden, bu uygulamalarda gerilim dengeleme önemli hale gelir.

 Pasif gerilim dengelemede  gerilim bölme dirençleri her bir süper kondansatör ile paralel bağlanır. Aktif gerilim dengeleme devreleri, seri bağlı kondansatörlere ait devre düğümlerindeki gerilimleri kontrol eder ve sabit bir referans gerilime eşit olmaya zorlar. Aktif gerilim daha karmaşık olmakla birlikte, daha verimli ve daha doğru olma eğilimindedir.

 Standartlaşmaya Yönelik Kategorileştirme - IEC / EN 62391–1

 Farklı üreticilerce üretilen süper kondansatörler genellikle birbirinin yerine kullanılamaz. Ek olarak, süperondansatör  uygulamaları yüksek pik akım / güç kullanımlarından daha düşük akım / daha uzun süreli uygulamalara kadar büyük ölçüde farklılık gösterir. Bu ihtiyaçlar, IEC / EN 62391-1, “Elektronik Ekipmanlarda kullanılan Sabit ve Çift Katmanlı Elektrik kondansatörleri “   tanımlanan test özellikleri ve parametre gereksinimleri ile ele alınmaktadır. Standart, deşarj  (boşalma ) akımı seviyelerine göre dört uygulama sınıfı tanımlar:

 -Özellikle kısa süreli çalışma gerektiren motorları sürmek için kullanılan enerji depolama, ,

- Uzun süreli çalışma için yüksek güç talebi

-Kısa çalışma sürelerinde bile birkaç yüz ampere kadar nispeten yüksek akım darbeleri veya tepe akımları gerektiren uygulamalar için anlık güç

-Bellek yedekleme.

 Başvurulan Kaynaklar:

Murata Supercapacitor Technical Note

Eaton Supercapacitor Application Guidelines

IEC 62391-1:2015, Fixed electric double layer capacitors for use in electronic equipment

Skeleton Technologies, Ultracapacitor Voltage, Temperature and Lifetime

Wikipedia Supercapacitor

 (Tercümedir)

Yeni Lityum Pil Şarj Sürelerinde Devrim Yaratacak!

Elektrikli araçların yaygınlaşmasının önündeki en büyük engellerden biri, uzun şarj süreleridir. Yeni bir akü türü artık bu süreyi hızla kısaltıyor. 

Joule dergisinde söz konusu yenilikle birlikte “Bir kahve molası kadar kısa süren bir şarj süresi” vaad ediyor Xiao-Guang Yang ve Pennsylvania State University'deki ekibi. Buna göre yeni geliştirilen lityum pilleriyle sadece on dakika içinde tam şarj ve 480 kilometrelik menzile ulaşabilmek mümkün.  Bu nedenle, bu piller, örneğin ünlü Tesla firmasının “Supercharger" (ki firmanın verdiği bilgiye göre şarj olması hala 45 ila 50 dakika arasında zaman almaktadır) ından çok daha hızlı bir şarja imkan vermekte.

Anodu Nikel ile Kaplanmış Yeni Lityum İyon Pillerle Hızlı Şarj Artık Pil Ömrünü Kısaltmayacak.

Yang ve Co bunu bataryaların grafit anotlarında bir değişiklik yaparak başardılar. Tasarım ekibi bu anotları ince bir nikel film ile kapladı. Bu sayede bugüne kadar pillerin şarj edilmesinde karşılaşılan en büyük sorun olan hızlı "şarj sırasında lityum iyonlarının elektrotlarda birikmesi" durumu önlenmiş olmaktadır. Lityum piller, birim zaman başına yalnızca belirli bir şarj gücüne sahip olabilmektedir; eğer bu değer aşılırsa, pil için zararlı bir süreç başlar. Hızlı şarj için gereken 400 kilovat ise bu eşiğin çok üzerinde. 

Bununla birlikte, düz yüzeyli lityum birikintileri nedeniyle, sadece şarj kapasitesi uzun vadede azalmakla kalmaz, aynı zamanda kısa devrelere ve akü yanmalarına neden olabilecek güçlü bir ısıya yol açar. Yeni geliştirilen pili hızlı ve kısa bir süre için 60 santigrat dereceye kadar ısıtınca bu olayın gözlemlenmediği ve  bunun pile zarar vermeden 400 kilovat değerine ulaşılabildiği görülmüştür. Bu bataryalara elektrik akımı verildiğinde, akımın önce sadece nikel folyodan aktığı ve bir dakikadan daha kısa bir sürede pili 60 derece sıcaklığa ulaştırdığı görülür. Yeterince sıcak olduğunda nikel kısım devre dışı bırakılır. Artık akım tümüyle şarj maksadıyla pile akmaktadır. Pil dolduğunda sıcaklığı hızla oda sıcaklığına düşer ve kullanım süresince bu sıcaklığı korur ki bu da olası zararların mümkün olduğunca minimize edildiği manasına gelir. 

Testlerde, yeni geliştirilen pil ilk 1700 şarj işlemi sonunda kapasitesinin sadece beşte birini kaybetmiştir. Aynı pilin nikel koruması olmadan, 60 hızlı şarj döngüsünden sonra pil kullanılamaz hale geldiği görülecektir. Son tahlilde, yeni üretilen bu pil elektrikli araç üzerinde kullandıldığında tekrar şarj kablosuna yeniden bağlanmadan önce 480 kilometrelik bir menzile ulaşabilmeyi mümkün kılmıştır. Bu yeniliğin maliyetinin çok olmadığı ve pilleri şu anki fiyatlarından sadece 0,5 % daha yüksek bir fiyatlandıracağı ifade edilmektdir. Üstelik şu an dikkate alınması gereken bir maliyet unsuru olan soğutma maliyetleri gerilemektedir.

Sıvılaştırılmış Havayla Rüzgar Enerjisini Depolama

Kuzey İngiltere, sıvılaştırılmış hava kullanarak elektrik depolayabilen ilk büyük ölçekli tesisine kavuşuyor. Tesisin elektrik şebekesinde yük dengeleyici görev görmesi bekleniyor. Highview Power firmasının ürün geliştiricileri , tesisin bir pilden “daha yeşil” olacağını söylüyorlar.

İngiltere'nin kuzeyinde, ilk kez sıvılaştırılmış havayla elektrik enerjisi depolama amacıyla büyük bir depolama tesisi inşa ediliyor. Söz konusu teknoloji, Londra şirketi Highview Power tarafından geliştirildi. Şirket, Manchester yakınlarında 5 megawatt gücünde ve 15 megawatt.saat kapasiteli bir prototip tesisi daha önce işletmeye almıştı. Yeni tesisin gücü bu bu tesisin 10 katı kadar olacak.

Enerji kaynağı rüzgardan elde edilen fazlalık elektrik enerjisidir. Bu elektrik enerjisi havayı kuvvetli bir biçimde sıkıştırmak için kullanılır. Sıcaklığı eksi 196 santigrat dereceye düşen hava böylelikle sıvı hale gelir. Bu işlemle, havanın hacmi 700 de 1 oranında düşürülmüş olur. Bu soğuk sıvı, iyi şekilde yalıtılmış çelik tanklarda depolanır. Sıcaklığı yükselmediği sürece bu sıvı bir basınç oluşmayacaktır. Sıkıştırma sırasında üretilen ısı da ayrıca depolanmaktadır. Şirket bünyesinde görev alan mühendisler bu tekniğin özünde doğal gazın sıvılaştırılmasında kullanıldığını ve böylece ilave bir teknoloji geliştirme maliyeti ortaya çıkarmadığını ifade ediyorlar. 

Sıvılaştırılmış Hava İle Temiz Enerji Üretirken Tesisler de Uzun bir İşletme Ömrüne Sahip 

Havanın Artan Hacminin Yarattığı Kuvvetlerden Faydalanılıyor 

Elektrik kesintisi riski ortaya çıktığında , depolanan ısı ile hava tekrar gaz haline dönüştürülür. Havanın hacmi 700 kat artar ve bir turbo-jeneratörde elektriğe dönüştürülen çok büyük mekanik bir itme yaratırlar. Bu güç , 25.000 haneye tam gün elektrik enerjisi sağlamak için yeterlidir. 

Ancak bu tampon sistemi öncelikle bu tür hanelerin enerjilendirilmesi için düşünülmüş değildir. Bu tamponların büyük akülere ve pompalı depolama santrallerine benzer şekilde, hava koşullarına bağlı yüksek oranda dalgalı formdaki yenilenebilir enerjinin ki bu durumda rüzgar gücünden üretilen enerji söz konusudur üretiminde gerekli düzenleme işlevini görmesi amaçlanır. Ne kadar fazla yeşil elektrik üretilirse, o kadar büyük bir tampon gerekir. 

Pillerle Kıyaslandığında Sıvılaştırılmış Hava Depolamanın Üstünlükleri 

Ancak piller de aynı şekilde performans gösterebiliyor ise neden bu kadar karmaşık bir süreçle uğraşılsın ki diye soruyor olabilirsiniz. Bu sistemi geliştirenler kendi sistemlerinin daha temiz olduğunu söylüyorlar. Pillerden farklı olarak, toksik, tehlikeli veya nadir bulunan malzemeler elzem değil çünkü. Sistem kullanım ömrü en az 40 yıl ve performansı hep sabit kalıyor. Buna karşılık, piller birkaç yıl sonra çoktan önemli kapasite kayıplarına maruz kalıyor . Çoğunlukla 10 veya 15 yıl sonra değiştirilmeleri gerekmekte. Sıvı hale getirilen hava haftalarca saklanabilirken, piller kendiliğinden boşalarak güç kaybetmektedirler. 

Şirketin başkanı Colin Roy için, kriyojenik vasıtasıyla elektrik enerjisinin depolanması, pompalamalı enerji santralleriyle beraber en uygun maliyetli enerji depolama teknolojisidir. Bu yargı sıvılaştırılmış havayla enerji depolama sistemi geliştiren Linde Grubu tarafından yapılan bir değerlendirme ile çelişmektedir. Bu gaz tedarik şirketine göre bu sistemler şu anda ekonomik değil. 

Öte yandan Highview Power , İngiltere'yi daha çok sayıda tesis ile donatmayı planlıyor. Yine sıvı hava depolama sistemlerinin - örneğin, çok fazla güneş enerjisi üreten İspanya'ya, Güney Afrika ve Orta Doğu'ya ihraç edilmesi planlanıyor. Toplam enerji üretimindeki nükleer ve kömür enerjisinin giderek azaltılması neticesinde aynı ölçüde daha fazla tampona ihtiyaç duymakta olduğundan Almanya da potansiyel bir müşteri. Son zamanlarda yapılan bir çalışma şimdiden, siyasi mekanizma tarafından kömür ve nükleer enerjisinden sonraki dönem için hazırlıkların yavaştan başlatılmaması halinde, elektrik fiyatlarının artması ve arz güvenliğinin düşmesi riskine karşı kamuoyunu uyarmaktadır. 

Gotthard Tünelinde Kriyojenik Bir Depolama Sisteminin Prototipi 

Sıvılaştırılmış hava depolama tesisi, 2003 ila 2005 yılları arasında her ne kadar gerçekleştirilmemiş de olsa Alstom Power Switzerland tarafından geliştirilen Basınçlı Hava Konseptine benzemektedir, Burada yine hava sonunda sıvı hale gelmesine yetecek kadar güçlü olmayacak şekilde sıkıştırılır , Sıkıştırılmış hava yer altı mağaralarında depolanır. Sıkıştırma sırasında üretilen ısı, soğuyarak basıncı düşen havayı sonra tekrar normal sıcaklığa getirmek için kullanılır. 2016 yılında, Zürih'teki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, dünyanın en uzun demiryolu tüneli olan Gotthard Base Tüneli'nde bu teknolojiyi kullanan sadece 1 megawatt.saatlik bir prototipi devreye almıştır. Isının depolanması burada kayalar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 

Çok Az Sayıdaki Basınçlı Hava Depolamalı Güç Santrali 

Şu anda bu prensipte çalışan ancak ısıyı depolamayan 3 ticari enerji tesisi bulunmakta. Depolamanın olmaması çok düşük bir verime neden olursa da şebeke için tampon vazifesi görmeleri nedeniyle vazgeçilmez bir özelliğe sahiptirler. Üç adet enerji santralini isimleriyle zikredecek olursak bunlar Almanya'da, Aşağı Saksonya'da bulunan 321 megawatt kapasiteli santral ile ABD Alabama'daki McIntosh ve İtalya'daki Sesta enerji santralleridir.

Enerji Uygulamalarında Kullanılacak Grafen Malzemeler

Antik dönemlerin aksine günümüzde enerjinin elde edilerek kullanılması,  insan yaşamı açısından en önemli ihtiyaçlardan biridir.  Fakat tükenen fosil yakıtlar nedeniyle,  gelecekte çok ciddi bir enerji krizi kapımızın önünde bizleri bekliyor. Enerjinin depolanarak taşınması süreçlerinde de  çevremize zarar vermeye devam ediyoruz. Temiz,  yani sürdürebilir ve yenilenebilir enerji, enerji teknolojilerinin öncelikli hedefidir. 

Elektrokimyasal Enerji Depolama Sistemleri 

Bu ihtiyaçları karşılamak için elektrokimyasal enerji depolama sistemleri mevcuttur. Bu elektrokimyasal enerji depolama aygıtları, yük transferinin gerçekleştiği bir elektrolit ve elektrotlardan oluşur. Bu sistemlerde nano yapıda malzemelerin kullanılması, daha fazla işlevsellik ve verimlilik açısından muazzam avantajlar sağlar. Nano yapıları nedeniyle, bu malzemeler enerji depolama teknolojilerinde büyük olanaklar ve benzersiz özellikler ortaya çıkarmaktadır. 

Grafenin Özellikleri ve Avantajları 

Grafen, bir atom kalınlığında olan iki boyutlu bir nano yapıdır. Grafen içindeki karbon atomları, onlara eşsiz özelliklerini veren yoğun bir bal-petek yapısında sp2 olarak bağlanmıştır. Yüzyılın harika malzemesi olan grafen, malzeme bilimlerinde ve teknolojik uygulamalarında devrim yarattı. Grafenin benzersiz özellikleri arasında 'yüksek yapısal taşıyıcı mobilite (200000 cm2 V-1 s-1), olağanüstü termal iletkenlik (5000 W m-1 K-1, bakırdan 10 kat daha iyi),% 97.7' lik mükemmel optik geçirgenlik, yüksek Young modülü  (1.0 TPa),  yüksek mekanik dayanım , mükemmel esnekliğe sahip yüksek çekme dayanımı ve ultra yüksek yüzey alanı (teorik olarak 2630 m2 g-1) sayılabilir. Bu olağanüstü ve benzersiz özellikler grafeni uygulama çeşitliliği için en uygun malzeme haline getirir ki bu uygulamalardan biri de enerji depolama teknolojisi alanındadır. 

Grafen Enerji Depolamada Gelecek Vaadeden Tek Boyutlu Bir Malzemedir. 

Grafenin diğer nanoyapılara göre bir üstünlüğü de büyük ölçekli endüstri ve uygulama alanlarında kontrollü imalat ve üretime imkan vermesidir. Ayrıca, grafen üretimi daha düşük maliyetlerle gerçekleştirilir. 

Araştırmacılar Oleg Yazyev ve Yong Chen'e göre  " Geniş alanlı grafen filmler genellikle polikristaldir. polikristalin grafenin özellikleri tane sınırına ve diğer kusurlara hassas bir şekilde bağlıdır”.

Enerji Depolama Uygulamalarında Grafen 

Yığılmış grafen levhalarda olduğu gibi çok miktarda grafen içeren yapılarda kusur ve boşluklar bulunur. Sentezleme yöntemi nedeniyle bu tür yapılara indirgenmiş grafen oksit ya da işlevsel hale getirilmiş grafen levhalar ismi verilir. Enerji depolama uygulamalarında aranan en önemli özellikler grafen malzemelerde mümkün olduğu gibi yüksek enerji ve/veya güç yoğunluğu, uzun döngüsel ömür, ve çevre dostu oluştur. Tüm bunlar nedeniyle grafen enerji depolama araştırmalarında çok önemli bir yer tutar. 

Elektrokimyasal bir kondansatör (veya süper kapasitörlerde veya ultrakapasitörlerde ) enerji, hızlı bir şarj ve deşarj yoluyla karbon yüzey ile elektrolit arasındaki iyonlar üzerinde depolanır. Grafen ile, istenen yüksek yüzey alanı ve mükemmel elektriksel iletkenlik kombinasyonu sağlanabilmektedir. Bu, süreç levhaların yüzeyinde ve kenarlarında iyonların tutunmasıyla (adsorpsiyonuyla ) birleşerek sürekli olarak değişen potansiyelleri mümkün kılarak grafenin elektrokimyasal kapasitörler için harika bir malzeme özelliği sergilemesini sağlar. 

Grafen ayrıca elektrokimyasal iletkenliği arttırmak için elektrotları işlevselleştirmede kullanılır. Lityum-iyon piller, süper kapasitörler ve diğer şarj edilebilir piller (örneğin, lityum-kükürt (Li-S), lityum-oksijen (Li-O2) ve sodyum-iyon (Na-iyon) kimyasalları) günümüzde yaygın enerji depolama aygıtlarıdır . Grafenin Lityum-iyon bataryalar ve süper kapasitörlerle melezlenmesi bu enerji depolama sistemlerinin performansını arttırmıştır. Bu şekilde enerji uygulamalarındaki en büyük engellerden biri olan şarj / deşarj verimliliğini arttırılmış olur. 

Çok Yakın Bir Gelecekte Grafen Tabanlı Süper Kondansatörler Günlük Hayatımızın Bir Parçası Haline Gelecek..

Böylesi umut vadeden özellik ve olanaklar beraberinde bir soruyu gündeme getiriyor; Grafen teknolojileri şu anda ticarileşmeye hazır mı? Güvenlik endişeleri özellikle bu teknolojilerin günlük hayatta genel kullanıma dahil olmasının öncesinde giderilmesi gereken bir konu. Ne var ki grafenin enerji uygulamalarında kullanılmasının önünde birkaç engel bulunuyor. Düşük maliyetli , büyük ölçekte ve yüksek kaliteli ürün üretme süreçleri henüz iyi denetlenen ve standartlaştırılmış değiller. Grafen üretimi halen diğer geleneksel batarya ve kondansatörlerle kıyaslandığında pahalı kalmaktadır. Genel yaklaşım olarak grafen sık sık, etkin yüzey alanının azalmasına neden olacak şekilde levhalar halinde yığılır. Bu da katman oluşumuna neden olarak iyon ve elektron taşınmasını engeller. 

Pasifik Northwest Ulusal Laboratuvarı’ndan Jun Liu isimli araştırmacının 2014 yılındaki ifadesiyle ; 

Grafen kondansatörler gelecekte hızlı cevap zamanı (milisaniyeler), yüksek verimlilik (% 95 üzeri), yüksek güç, uzun periyodik işletme süresi (binlerce çevrim), frekansta arz ve talep arasındaki dengesizlikten ötürü geniş aralıkta çalışmanın gerekli olduğu şebeke uygulamalarına çok aranan bir devre elemanı olacaktır.

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.