Elektrikli araç batarya türleri
Böyle bir başlığı 10-15 yıl önce atamazdık, çünkü o zamanlar seri üretilen hibrit ya da elektrikli arabalar mevcut değildi. Ortalıkta var olan elektrikli araçları parmakla sayabiliyorduk. Şimdilerde çoğu büyük otomobil üreticisi arasından seçim yapabileceğiniz onlarca hibrit, fişli (plug-in) hibrit ve tamamen elektrikli otomobil var.
İnsanlar artık size “hibrit” veya “elektrikli araba” dediğiniz vakit tuhaf bir hippi gibi bakmıyorlar. Bununla birlikte, bu tür araçlarda menzil kaygısının birincil nedeni olarak da bilinen, araçların kısmen veya tamamen yerleşik bataryalarla elektrikle çalışmasıdır. Bu nedenle, şu anda mevcut olan her tür otomotiv bataryası için bazı kapsamlı açıklamalar sunmaya karar verdik.
Dünyada en çok satan iki elektrikli araç, bu yıla kadar yarım milyonun üzerinde satılan Nissan Leaf ve onu şimdiye kadar 300.000’in üzerinde satış ile takip eden Tesla Model S. Tesadüfen ya da değil, hem Leaf hem de Model S lityum iyon (Li-ion) pillerle çalışıyor, bu yüzden onlarla başlayacağız.
Lityum iyon (Li-ion) Piller
Başlangıçta çoğunlukla mevcut tüketici elektroniğine güç sağlamak için kullanılan Li-ion piller, son on yılda sürekli olarak gelişti ve hemen hemen tüm mevcut ve gelecek hibritler veya tam elektrikli arabalarda kullanılıyor.
Uygulamalarındaki temel farklılıklarla birlikte tüm Li-ion pillerin aynı değildir. Akıllı telefonlar, tabletler veya dizüstü bilgisayarlar gibi çoğu el cihazı, onlara çok daha yüksek bir enerji yoğunluğu sağlayan ancak aynı zamanda bazı dezavantajları da olan lityum kobalt oksit (LiCoO2) tabanlıdır. LiCoO2 katotları, aşırı şarj veya yüksek sıcaklıkta çalışma sırasında devreye giren termal kaçmaya karşı daha hassastır. Başka bir deyişle, yanlış çalıştırıldıklarında hemen patlayabilirler, bu muhtemelen lityum kobalt oksit Li-ion pillerin arabalarda çok fazla kullanılmamasının ana nedenlerinden biridir.
Elektrikli aletler, tıbbi donanım ve tüm otomobillerin çoğu gibi daha fazla güç gerektiren uygulamalar için lityum demir fosfat (LiFePO4), lityum mangan oksit (LMO) ve lityum nikel manganez kobalt oksit (NMC) piller kullanırlar. Bunların tümü, LiCoO2’den biraz daha düşük enerji yoğunluğuna sahiptir, ancak aynı zamanda daha iyi yerleşik güvenlik ve daha uzun ömürlere sahiptir.
Çoğu modern hibrit ve elektrikli otomobil NMC lityum iyon pil kullanır, ancak bu, Li-ion’un genel olarak otomobil üreticileri için doğru bir seçim olduğu anlamına gelmez.
Avantajlar
Li-ion’un en büyük avantajları daha iyi bir enerji-ağırlık oranı, hızlı şarj ve neredeyse hiç bellek etkisinin olmamasıdır.
Daha fazla enerji yoğunluğu, daha az ağırlığa sahip olmaları anlamına gelir. Bu özellik açıkça onları otomotiv kullanımı için daha uygun hale getiriyor çünkü daha düşük bir ağırlık menzili ve performansı artırırken aynı zamanda virajlarda otomobillere daha iyi yol tutuşu sağlar.
Şarjın hızlı dolması, herhangi bir pil türünden arzu edilebilecek bir şeydir, ancak Li-ion’un diğer pil türlerinden farklı olduğunu düşünmeyin, gerçek hayatta bu minor farklılıklar aracınızın çok daha hızlı şarj olacağı anlamına gelmez.
Hafıza etkisine gelince, görünüşe göre Li-ion piller problemden en az etkilenenlerdir. Kısacası, bazı pil türleri, her şarj döngüsünde maksimum enerji kapasitelerini kademeli olarak düşürür. Bu genellikle, yalnızca kısmen deşarj edildikten sonra tekrar tekrar şarj edildiklerinde olur. Nikel bazlı piller, pillerin zaman içinde daha az enerji kapasitesine sahip olduklarını “hatırladıkları” sözde hafıza etkisinden en çok zarar gören türlerdir. Aslınca cep telefonu bataryalarının zamanla ölmesinin sebebi de budur.
Dezavantajları
Genel olarak, Li-ion pillerin en büyük dezavantajı, diğer pil türlerinden çok daha yüksek olan üretim maliyetidir. Örneğin, nikel bazlı pillerle karşılaştırıldığında, bunların üretimi yaklaşık yüzde 40 daha pahalıdır, bu genellikle otomobil alıcılarına düşen bir fiyattır. Bununla birlikte, tüm pil türleri için üretim maliyetlerinin zaman içinde kademeli olarak düştüğünü unutmayın.
Li-ion piller diğerlerine göre çok daha düşük oranda kendi kendine deşarj olsalar da, özellikle uygun koşullarda saklanmadıklarında eskimeye maruz kalırlar. Kısacası, her şarj döngüsünde hafif bir voltaj düşüşü yaşamanın yanı sıra, tutabilecekleri enerji miktarı ne olursa olsun zamanla azalır. Otomotiv kullanımında, şu anki yaşam döngüleri yaklaşık on yıldır, ancak hiçbiri bu kadar uzun süredir test edilmemiştir. Bazı Li-ion piller, bir yıl sonra bile enerji kapasitesinde bir düşüş göstermiştir.
Kısacası, Li-ion piller rakiplerinin çoğuna kıyasla en az sayıda dezavantaja sahip türdür, ancak yine de mükemmel çözüm olmaktan uzaktırlar.
Nikel metal hidrit (Ni-MH) Piller
Her ne kadar Li-ion piller yavaş da olsa sayılarını aşmaya başlamış olsa da en eski tip sözde modern piller olan Ni-MH hala bazı mevcut hibritlerde kullanılmaktadır.
Üretimi Li-iyonlardan çok daha ucuz olan Nikel-metal-hidrit pillerin de bazı iniş ve çıkışları vardır. Bu, çoğu için hibrit veya elektrikli araçlarında ne arayacaklarına bağlı olarak bir itiraz noktası oluşturabilir.
Li-ion’un aksine NiMH piller, enerji depolamak için hidrojen, nikel ve titanyuma veya benzer bir metale ihtiyaç duyar. Bu, Lityum iyonlarına kıyasla çok daha düşük bir üretim maliyeti olduğu anlamına gelir, ancak daha fazla otomobil üreticisi Li-ion’a (Tesla ve Gigafactory gibi) geçtikçe, bu büyük fiyat tutarsızlığı azalacaktır.
Avantajları
NiMH pillerin açık ara en büyük avantajı dayanıklılıklarıdır. Daha modern pil türlerinin daha uzun süre dayanması için özellikle hassas olunması gerekir, ancak uygun şekilde ilgilenirseniz NiMH uzun vadede çalışmaya devam edecektir.
Dayanıklılıklarıyla yakından ilgili olan şey, diğer pillere kıyasla yalnızca az miktarda hafif toksin içerdikleri için, en sonunda geri dönüştürüldüklerinde ihtiyaç duyulan ekstra önlemlerin olmamasıdır. Ayrıca, içlerindeki yüksek nikel içeriği, aslında geri dönüşümünü karlı hale getirir.
Dezavantajları
NiMH ile ilgili ana engel, Li-ion’lardan yaklaşık yüzde 40 daha düşük olan düşük enerji yoğunluklarıdır. Onları çok daha büyük ve daha ağır yapmak bu sorunu kısmen çözer, ancak ağırlık ekleyerek başka bir sorun yaratır.
Hibritlerde, fişli hibritlerde ve elektrikli arabalarda, piller sürüş sırasında çok fazla koşul değiştiricidir ve NiMH pillerin bazı sınırlamalarının odaklandığı yer burasıdır. Hızlı şarj edilirler ve daha sonra yüksek bir yükle boşaltılırlarsa, çok fazla ısı üretme eğilimindedirler, bu nedenle ayrı bir soğutma sistemi gerekir ve bu da daha fazla ağırlık ekler.
Diğer pil türleri
Artık otomotiv uygulamalarında oldukça fazla kullanılan birçok pil türü var, ancak şimdiye kadar hiçbiri tüm perspektiflerden gerçekten devrim niteliğinde olarak ortaya çıkmadı.
Kobalt Dioksit, Demir fosfat (FePo) ve Lityum-demir fosfat (LiFePO4), Lityum-Hava (Li-Air), Lityum Polimer (LiPo), Nikel-kobalt-manganez (NCM), Nikel-kobalt-alüminyum (NCA), ve Manganez oksit spinel (MnO), gelecekte yakınınızdaki elektrikli veya hibrit bir otomobilde görülebilecek pil türlerinden sadece birkaçıdır.
Kobalt Dioksit piller, on yıldan fazla bir süredir piyasada bulunmakta ve cep telefonları, oyuncak veya dizüstü bilgisayarlar gibi küçük cihazlara güç sağlamaktadır. Özellikle daha büyük uygulamalardaki iki ana dezavantajı, termal kaçak ve üretim maliyetleridir, ancak genel olarak, enerji yoğunluğu söz konusu olduğunda mükemmeldirler.
En kararlı ve ucuz pillerden biri Demir Fosfat’tır, ancak daha düşük voltajda çalışırlar, bu nedenle büyük bir elektrikli arabaya güç sağlamak için bunlardan çok fazlasına ihtiyacınız olacaktır.
İsimleri bunu açıkça ifade etmese de, LiPo piller aslında Li-ion pillerin başka bir biçimidir. Temel fark, lityum iyon polimerlerin kendi avantajları ve dezavantajları ile birlikte gelen “kese formatında” tasarlanması gerçeğinde yatmaktadır. Bu yüzden son zamanlarda arabalarda kullanılmaya başlandı.
NCM ve NCA pilleri, arabalarda kullanılmak için yeterince uygun maliyetli olmaktan hala çok uzaktır, her ikisinin de termal kaçağa biraz duyarlı olduğundan bahsetmeye bile gerek yok.
Şimdiye kadar en ilgi çekici yeni pil teknolojilerinden biri, anotta lityumun oksidasyonunu ve bir akım akışını tetiklemek için katottaki oksijenin azaltılmasını kullanan Lityum-Havadır (LiAir). İki ana avantajı, neredeyse benzine benzeyen büyük bir enerji yoğunluğu ile mevcut lityum iyon pillerden 5 ila 15 kat daha yüksek olmasıdır.
Her iki durumda da, hibrit, plug-in ve elektrikli otomobillerimizin en azından küçük bir yüzdesini dolduran bu alternatif pil türlerinden hala birkaç yıl uzaktayız. İyi haber şu ki geliyorlar ve menzil kaygısı yakında geçmişte kalacak. Daha fazla pil teknolojisi kullanılabilir hale gelir gelmez bu kılavuzu güncelleyeceğiz.