Rakip EV aktarma organı teknolojilerine ilişkin GlobalData kılavuzu
Piller yirmi birinci yüzyılın petrol varilleridir
Geçtiğimiz on yılda, pil endüstrisi, taşınabilir tüketici elektroniği, mobil internet, ilk elektrikli arabalar ve aralıklı yenilenebilir enerji depolama ve üretiminin ilk kez benimsenmesini mümkün kılacak kadar ilerleme kaydetti. Depolanan enerjinin iklim değişikliğiyle mücadelede artan ve genişleyen rolü göz önüne alındığında, önümüzdeki on yıl içinde dünyanın en önemli endüstrilerinden biri haline gelecektir.
Yeterli pil olacak mı?
Dünya çapındaki hükümetler ekonomilerini karbondan arındırma konusunda ciddileştikçe, ucuz, güvenli, yüksek performanslı, uzun ömürlü ve düşük karbon ayak izine sahip pillere olan talep, özellikle otomotiv endüstrisinden artacak.
Sonuç olarak, tedarik zinciri darboğazları önümüzdeki on yıl içinde gerçekleşecektir. Dünyanın mevcut ve planlanan pil fabrikalarını beslemek için düşük maliyetli, arıtılması kolay hammaddelerin bulunmaması, tedarik güvenliğine yönelik en büyük tehdittir. Üstelik, önemli maden madenlerine yapılan yatırımlardaki düşüş, çevresel, sosyal ve yönetişim (ESG) faktörlerinin artan önemiyle birleştiğinde, yeni kapasite gelişimini kısıtlayacak.
Elektrikli araçlara (EV'ler) olan talebin keskin bir şekilde artması ve çıkarılmış ve rafine edilmiş akü metallerinin kıtlığı nedeniyle 2025 yılına kadar ciddi ancak geçici bir küresel akü kıtlığı yaşanması muhtemeldir. Ancak sektör, kıt malzeme kullanımını azaltarak, yeni malzemeler ve pil teknolojileri geliştirerek ve en önemlisi küresel bir pil geri dönüşüm endüstrisi yaratarak bunun kalıcı bir tehdit haline gelmesini önlemek için yoğun yatırımlar yapıyor.
Bu arada, Çin'in madenler ve rafinerilerden bileşen işaretleyicileri ve hücre üreticilerine kadar tüm küresel tedarik zinciri üzerindeki kontrolü, artan bir jeopolitik sorundur. ABD ve Avrupa, 2030 yılına kadar pil tedarik zincirlerinde Çin'e olan bağımlılığı azaltmak için önemli adımlar atıyor. Pil geri dönüşümü çevresel sürdürülebilirlikle olduğu kadar jeopolitikle de ilgili. Döngüsel pil ekonomisi enerji dönüşümünde kritik öneme sahip olacak ve EV hacimleri ve kullanım ömrü sonu hacimleri keskin bir şekilde arttıkça uluslar (ve şirketler) yerel geri dönüşümü geliştirmelidir.
Kimyalar – bazı temel prensipler
Pil teknolojileri birçok kimyayı, farklı hücre türlerini ve alternatif teknolojileri kapsar.
Pil, kimyasal enerjinin elektriğe dönüştürüldüğü bir veya daha fazla elektrokimyasal hücreden oluşan bir kaptır. Güç kaynağı olarak kullanılırlar. Piller diğer birçok teknolojinin kritik kolaylaştırıcılarıdır. Modern mobil yaşam tarzlarının ve elektrikli araçların (EV'ler) seri üretiminin ayrılmaz bir parçasıdırlar. Yenilenebilir enerjiye geçişte pil ve enerji depolama teknolojileri temel oluşturacak.
İki tür pil hücresi vardır: birincil hücreler ve ikincil hücreler.
- Birincil hücreler, geri dönüşü olmayan bir kimyasal reaksiyonla elektrik akımı üretir ve tek kullanımlık piller olarak adlandırılır.
- İkincil hücreler bu elektrik akımını tersinir bir kimyasal reaksiyon yoluyla yaratırlar. Bunlara genellikle şarj edilebilir piller veya depolama hücreleri denir.
Yakıt hücresi başka bir enerji kaynağıdır ancak pil değildir. Piller, içlerinde bulunan kimyasalları kullanarak enerji üretirler. Buna karşılık, bir yakıt hücresi, elektrik üretimi için kimyasal kaynağı olarak içinden akan sürekli, harici bir yakıt kaynağını kullanır. Yakıt hücreleri insansız uzay sondalarında, arabalarda ve yedek acil durum gücünde kullanıldı. Ancak kullanılan yakıtların (genellikle hidrojen) günlük kullanım için çok tehlikeli olduğu düşünülüyor.
Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür
Piller kimyasal enerjiyi depolar ve elektrokimyasal reaksiyon yoluyla elektrik enerjisine dönüştürür. Üç ana bileşenden oluşurlar: pozitif elektrot (katot), negatif elektrot (anot) ve elektrolit. İki elektrot farklı malzemelerden yapılmıştır. Elektrotlar, belirli kimyasal türlere karşı yarı geçirgen olan bir ayırıcı ile birbirlerinden ayrılır ve pil, bir muhafaza içine yerleştirilmiştir.
Pil bir elektrik devresine bağlandığında elektrokimyasal bir reaksiyon meydana gelir. Elektronlar anottan, bağlı cihaza güç sağlamak için tel boyunca ve katoda doğru akar.
Her pil hücresi sınırlı miktarda reaktif malzeme içerir. Sonunda pil içindeki elektrokimyasal süreçler negatif elektroda elektron sağlamayı bırakacak ve elektrik akışı duracaktır. Bu nedenle pilin kullanabileceği güç sınırlıdır.
şarj
İkincil piller güneş panelleri, rüzgar türbinleri, araba frenleri veya şebeke elektriği gibi harici bir kaynak kullanılarak yeniden şarj edilebilir. Yeniden şarj sırasında elektrokimyasal reaksiyonlar ters yönde gerçekleşir ve hücreyi ve bileşenlerini orijinal durumlarına yakın hale getirir. Ancak pilin sertleşmesi ve dendrit oluşumu gibi olaylar pillerin sonsuz sayıda şarj edilmesini engeller. Dendritler tehlikeli kısa devreye neden olabilir, ancak sorunu hafifletmeye yardımcı olmak için seramik ayırıcılar geliştirilmektedir.
Lityum-iyon (Li-iyon), bağlı cihazlar (örneğin, dizüstü bilgisayarlar ve akıllı telefonlar), elektrikli araçlar (EV'ler) ve evdeki yenilenebilir enerji depolama için baskın pil teknolojisidir. Tüm bu kullanım durumlarında güvenlik büyük önem taşımaktadır. Li-ion, güvenliği nedeniyle bu alanlarda kazanıyor. Daha uzun ömürlü, daha küçük, daha güçlü pillere olan talep arttıkça, araştırmacılar tehlikeli yangınlara ve patlamalara yol açabilecek kısa devre ve aşırı ısınma sorunlarını aktif olarak çözmeye çalışıyorlar.
Li-ion hücreler belirli bir ağırlık (enerji yoğunluğu) için daha fazla enerji depolar
Li-ion piller, belirli bir ağırlık ve hacim için kurşun-asit veya NiMH bazlı pillere göre daha fazla enerji depolayabilir ve daha hızlı şarj ve deşarja olanak tanır. Bu özellikler onları, hafif bir pakette yüksek enerji yoğunluğunun gerekli olduğu elektrikli araçlara yönelik enerji depolama için ideal kılar.
Lityum demir fosfat (LFP) piller günümüzün taşınabilir elektroniklerinde kullanılan başka bir pil türüdür. LFP'ler Li-ion pillerden daha düşük bir enerji yoğunluğuna sahiptir; bu nedenle Li-ion piller, pilleri yüksek oranlarda tüketen, güce aç elektronikler için tipik bir tercihtir. Bununla birlikte, LFP'ler minimum bozulmayla yüksek sıcaklıklara dayanabilir ve şarj edilmeden önce uzun süre çalışması gereken nesneler için uygundur. Ayrıca, LFP pilleri genellikle Li-ion pillerden daha fazla kullanım ömrüne sahiptir. Yani daha fazla kez şarj edilip deşarj edilebilirler. Muhtemelen LFP'lerin Li-ion pillere göre en büyük avantajlarından biri güvenliktir. İyileştirilmiş termal ve kimyasal kararlılık, LFP'lerin yüksek sıcaklıklarda serin kalması ve hızlı şarj veya deşarj veya kısa devre sırasında yanlış kullanıldığında yanmaz (ateş tutmaması) anlamına gelir.
Piyasada bulunan pillere göre avantajlar sunabilecek gelişmiş pil kimyaları da geliştirilmektedir.
Performans avantajları arasında daha hafif ağırlık, daha yüksek enerji yoğunluğu, daha geniş sıcaklık toleransı, daha uzun yaşam döngüsü ve geliştirilmiş güvenlik yer alır. Örneğin, Li-ion pillerdeki sıvı elektrolit, bir çarpışma veya hücre yapısının bozulması gibi durumlarda dış havaya maruz kaldığında inanılmaz derecede uçucu hale gelebilir. Lityum pil yangınları özellikle şiddetlidir ve söndürülmesi zordur; tamamen inert hale gelmesi için genellikle birkaç gün boyunca tamamen suya batırılması gerekir. Elektrikli araç yangınlarının, içten yanmalı araç yangınlarından daha sık meydana geldiğini gösteren hiçbir kanıt yoktur; hatta istatistiksel olarak daha az olası bile olabilirler.
Ancak EV üreticilerinin yine de araçlarının güvenli olduğu konusunda halka güvence vermesi gerekiyor. Samsung'un, Li-ion pil yangınlarından mustarip bir akıllı telefon olan Galaxy Note 7'yi felaketle piyasaya sürmesi, bu pil kimyasının potansiyel tehlikelerini kamuoyunun gözüne soktu; EV üreticilerinin tekrarlamak istemeyeceği bir hata.
Katı hal piller bir sonraki en uygun seçenektir
Katı hal hücreleri, enerjiyi depolamak ve boşaltmak için genellikle geleneksel hücrelerle aynı lityum iyon bazlı kimyasal reaksiyonu kullanır. Fark, anot ve katodu ayırmak için kullanılan elektrolitte yatmaktadır. Geleneksel hücreler sıvı bazlı bir elektrolit (genelde organik bir çözücü içinde süspanse edilmiş bir lityum tuzu) kullanırken, katı hal hücreleri bunu genellikle seramik, polimer veya camdan yapılmış çok ince bir katı elektrolitle değiştirir.
Sıvı elektrolitin çıkarılması birçok potansiyel fayda sağlar. Katı hal hücreleri, sıvı bazlı muadillerine göre daha hafif ve daha kompakttır; bu da paket ağırlığının azaltılabileceği veya enerji kapasitesinin artırılabileceği anlamına gelir. Lityum dendrit oluşumuna karşı daha dirençli olmaları, pil takımının servis ömrünü uzatmanın yanı sıra güç deşarj performansını artıracak ve potansiyel şarj hızlarını artıracaktır. Ek olarak, seri üretim gerçekleştirildikten sonra, endüstriyel solventlerin ortadan kaldırılması sayesinde, bunların yapımının geleneksel Li-iyon hücrelere göre daha kolay ve hızlı olması gerekiyor.
Pil güvenliği alanında katı hal hücrelerinin sunduğu çok daha belirgin faydalar vardır. Arızalı veya hasarlı lityum iyon hücrelerin neden olduğu yangınlar geniş çapta duyuruldu (örneğin Chevrolet Bolt ve onun LG kaynaklı pilleri). Çoğu durumda, bu yangınlar, dahili arıza veya harici hasarın, uçucu lityum elektrolitin dışarıdaki havaya maruz kalmasına neden olması ve bunun tutuşmasına ve tüm pil takımına zarar verebilecek bir zincirleme reaksiyon başlatmasına neden olması nedeniyle meydana gelir. Katı elektrolitler bu sorunları tamamen ortadan kaldırır ve delinmeleri veya darbe almaları durumunda bile yangına ve patlamaya karşı oldukça dayanıklıdır.
Pek çok teorik fayda sunmalarına rağmen, henüz hiçbir şirket hafif araçlar için katı hal hücrelerinin seri üretim yeteneğini göstermedi ve çoğu hala test aşamasında. Katı elektrolit ve elektrotların tüm yüzey boyunca eşit bir şekilde arayüz oluşturacak şekilde tasarlanması da dahil çözülmesi gereken bazı sorunlar var çünkü herhangi bir bükülme, hücre verimliliğini sınırlayan boşluklar yaratabilir. Ek olarak, elektrolitin kırılganlığının hücre performansını sınırlayan mikroskobik kırılmalara yol açması nedeniyle malzeme stabilitesinin de bir sorun olduğu gösterilmiştir.
Fransız Bolloré'nin bir yan kuruluşu olan Blue Solutions, Daimler'in eCitaro G körüklü şehir içi otobüsü için katı hal hücrelerini tedarik etmek üzere bir sözleşme kazandı; bu, teknoloji için kaydedilen ilk ticari tedarik anlaşmasıydı. Bununla birlikte, isteğe bağlı katı hal paketinin kasıtlı olarak 50°C ila 80°C arasındaki nispeten yüksek bir çalışma sıcaklığına kadar ısıtılması gerekiyor; bu da süreçteki aralığın bir kısmını zayıflatıyor ve öngörülemeyen kullanım düzenleri nedeniyle hafif araçlarda kullanımını uygunsuz hale getiriyor.
Yakıt hücreleri (hidrojen) – uzun vadeli bir bahis
Yakıt hücreli elektrikli araçlar (FCEV'ler), yakıt hücresi zarı yoluyla yakıtı (genellikle hidrojen) oksitleyerek gemide güç üretir ve tek emisyon sudur. Bu güç doğrudan elektrik motoruna gönderilebildiği gibi daha sonra kullanılmak üzere ayrı bir bataryada saklanabiliyor. FCEV'ler, yanmalı araçlara benzer şekilde, tankın hidrojenle doldurulması yoluyla hızlı bir şekilde 'yakıt ikmali' yapılabilir, bu da BEV'lerin gerektirdiği uzun yeniden şarj süresini ortadan kaldırır. Hidrojene doğru ilerleme kısmen onun döngüsel enerji ekonomisinin bir parçası olarak potansiyel rolünden de kaynaklanıyor. Burada deniz suyundan hidrojeni parçalamak için yenilenebilir rüzgar veya hidroelektrik enerji kullanılıyor. Hidrojen daha sonra bu kaynaklar tarafından üretilen yoğun olmayan enerji için bir depo görevi görür.
FCEV'lerin birçok potansiyel faydası olsa da teknolojinin BEV'lerle rekabet edebilmesi için iyileştirilmesi gerekiyor. Hidrojen üretmenin maliyeti şu anda benzin üretmenin maliyetinden daha yüksek, bu da yeniden doldurmayı pahalı hale getiriyor. Ayrıca, FCEV'leri destekleyecek altyapı henüz oluşturulmamışken EV şarj ağları halihazırda hızla büyüyor.
FCEV'ler ağır hizmet ve ticari araçlar için en büyük değere sahip olabilir. Aküler ağırdır ve uzun menzilli kamyonlara pek uygun değildir çünkü ihtiyaç duyulan akülerin ağırlığı, çok fazla potansiyel taşıma kapasitesi tüketecektir. Uzun menzilli kamyonların izlediği öngörülebilir rotalar, etkili bir şekilde hizmet verebilmek için daha az sayıda hidrojen yakıt ikmal istasyonunu da gerektiriyor.
Özünde, FCEV'ler sektörde uzun vadede ulaşım için olası bir seyahat yönü olarak görülüyor; uygulamaları büyük olasılıkla başlangıçta kapalı devre şarj istasyonu ağlarının yanı sıra ağır hizmet tipi ticari araçlarda da görülüyor.
Kaynaktan Sadece Otomatik
Yasal Uyarı: Yukarıda belirtilen bilgiler Chovm.com'dan bağımsız olarak just-auto.com tarafından sağlanmaktadır. Chovm.com, satıcının ve ürünlerin kalitesi ve güvenilirliği konusunda hiçbir beyan ve garanti vermez.
