Teknoloji Trendleri
Sodyum iyon pil: Elektrikli araçların geleceğinin yeni trendi
19 Temmuz 2021
Paylaşmak:
Arka plan
Elektrikli araç bataryasının maliyeti
Elektrikli Araçlar Neden Daha İyi Bataryalara İhtiyaç Duyuyor?
Elektrikli araçlar, özellikle de elektrik üretmek için yenilenebilir enerji kullananlar, küresel iklim korumasına yardımcı olacak geleceğin modeli olarak görülüyor. Ancak otomobil üreticileri yıllardır pil teknolojisinde nadir ve nispeten pahalı lityum kullanıyor, bu da dünya çapında elektrikli araçların yaygın olarak benimsenme hızını yavaşlatıyor.
Elektrikli otomobiller, ticari araçlar ve elektrikli bisikletler yaygın olarak kullanılsa da, kullanım alanları hala sınırlıdır. Yüksek fiyatlar, zahmetli şarj tesisleri ve büyük miktarda hammadde tüketen pil üretim süreci, elektrikli araçların hızlı gelişimini engellemektedir.
Elektrikli araçların yaygın olarak kullanılabilmesi için otomobil üreticilerinin daha güçlü, dayanıklı, sürdürülebilir ve uygun fiyatlı bataryalar geliştirmesi gerekiyor.
Lityum yerine sodyum
Malzeme karşılaştırması
Lityum yerine Sodyum
Sodyum iyon piller uygulanabilir bir seçenek olabilir ve sodyum iyon piller alanındaki son gelişmeler şaşırtıcı derecede ilerleyici olmuştur. Yakın gelecekte, sodyum iyon piller elektrikli araçlarda, akıllı telefonlarda veya dizüstü bilgisayarlarda kullanılan lityum pillerin yerini alabilir.
İki alkali metal olan lityum ve sodyum, birbirine çok benzer kimyasal özelliklere sahiptir. Sodyum, daha nadir bulunan lityuma kıyasla daha düşük enerji yoğunluğuna sahip olsa da, elde edilmesi daha kolaydır ve nispeten ucuzdur.
Umut vadeden atılımlar
Prototip ilerlemesi
Umut Vadeden Atılımlar
Sodyum iyon pillerin performansı, lityum pillerin performansının yaklaşık 20 yıl gerisinde kalmaya devam ediyor. Bunun nedeni, araştırmacıların son on yılda yalnızca lityumun daha yüksek performansını geliştirmeye odaklanmış olmalarıdır.
Günümüzde çığır açan bilimsel yayınların yanı sıra ileriye dönük prototipler de var. Mayıs ayında yayımlanan bir rapora göre, Güney Kore'de geliştirilen bir sodyum iyon pilinin kapasitesi, yaklaşık 500 tam şarj döngüsünün ardından başlangıç kapasitesinin %80'ine düştü.
ABD-Çin araştırma ekibi tarafından geliştirilen bir başka pil ise yaklaşık olarak şu işlemleri tamamlayabiliyor: 450 Aynı pil kapasitesi için şarj edilebilir. Çin yapımı sodyum iyon pilin kapasitesi daha küçüktür, ancak daha sonra 1200 12 -dakikalık hızlı şarj özelliğiyle, hala... 70 pil kapasitesinin %'si.
Kulağa fazla bir şey gibi gelmeyebilir, ancak pratikte bu piller daha fazla şarj edilmeye dayanabilir çünkü günlük hayatta genellikle tamamen boşaldıktan sonra tekrar şarj edilmezler. Deneyde pilin tamamen boşaltılıp tekrar şarj edilmesi, pil üzerinde daha fazla aşınma ve yıpranmaya neden olur.
Lityum metal elementi daha nadir ve pahalıdır, ancak günümüzdeki pil teknolojilerinin çoğu lityum piller kullanmaktadır. Orijinal şekil, 2019 yılında lityum rezervleri bakımından en üst sıralarda yer alan ülkeleri göstermektedir.
Ayrıca, sodyum iyon teknolojisi kıt kaynakların kullanımını gerektirmez. Katot yapımında nadir bulunan lityum tuzlarına ihtiyaç duyulmaz, sofra tuzu yeterlidir. Yüksek performanslı anotlar linyit, odun ve diğer biyokütlelerden üretilebilir. Üretim sürecinde kobalt veya benzeri nadir maddelere ihtiyaç duyulmaz.
Temel araştırma
Grafen ve sodyum iyonları
Temel Araştırmalarda Çığır Açan Bir Gelişme mi?
Sodyumun iki dezavantajı var: Lityumdan üç kat daha ağır, bu nedenle lityum piller toplam pil ağırlığının %5'inden daha azını oluştursa bile, sodyum iyonları içeren bir pil yine de lityum pilden daha ağır olacaktır.
Ayrıca, sodyum pillerin performansı daha zayıftır. Çünkü sodyum iyonları taşır 0.3 Lityum pillere göre daha düşük voltajda çalıştıkları için kaçınılmaz olarak yaklaşık bir kayıp söz konusudur. 10 % enerji yoğunluğu. En önemlisi, mevcut pillerin grafit anotları yeterli miktarda sodyumun kalmasına izin vermiyor.
Almanya'nın Dresden kentindeki Helmholtz Bilimsel Araştırma Merkezi (HZDR) liderliğindeki Alman-Rus çalışma grubu tarafından yayınlanan bir rapora göre, nanokarbon bu sorunun iyileştirilmesine yardımcı olabilir. Raporda, ultra ince bir karbon malzeme olan çift katmanlı grafenin, anotta grafite göre daha fazla sodyum iyonu depolayabileceği belirtiliyor.
Gelecekte lityum pillerde, günümüzde yaygın olarak kullanılan grafit anotların yerini grafen elektrotların alması mümkün olursa, pil kapasitesini önemli ölçüde artırmak mümkün olabilir.
HZDR'de fizikçi olan Krasheninkov, bunu iki kağıt yaprağı arasına küçük bir top koymaya benzetti: Kağıtların arasına küçük toplar eklemeye devam ederseniz, kağıtlar daha da birbirinden uzaklaşacak ve iki yaprak arasındaki boşluk artacaktır.
Uyumlu teknoloji
Çok katmanlı yapı
Uyumlu Bir Teknoloji mi?
Lityum piller için çok katmanlı bir yapı işe yarıyorsa, sodyum gibi diğer alkali metaller için de geçerli midir? Dresden, Stuttgart ve Moskova'dan bir araştırma ekibi, gelişmiş süper bilgisayar simülasyonları kullanarak bunu öğrenmeyi umuyor.
Sodyum iyon pil prototipleri şimdiye kadar iyi çalışmadığı için (çünkü sodyum grafit anotun içine ancak çok az miktarda girebiliyor), bilgisayar hesaplamaları sodyumun, tıpkı lityum gibi, çok katmanlı bir yapıda grafen katmanları arasına yerleştirilebileceğini gösteriyor.
Gelecekte, sodyum iyon pillerine günümüzdeki grafit anotlar yerine grafen elektrotlar yerleştirilirse, daha yüksek depolama kapasitesi elde edilebilir.
Bu çalışmaların sonuçları, ucuz sodyum pillerin geliştirilmesinde bir atılım sağlayabilir. Krasheninkov, çalışmanın tamamen teorik olduğunu ve yalnızca çalışma sonuçlarına dayanarak yakın gelecekte yeni bir pil neslinin geliştirilmesini savunmadığını, ancak mühendisler için ilginç yeni fikirler sunabileceğini söyledi.
Geleceğin pilleri
Gelecek görünümü
Geleceğin Pilleri
Neyse ki, sodyum iyon pili artık sadece teorik bir kavram değil. İlgili teknolojilerde bir atılımın çok yakın olduğu görülüyor.
Son bulgular, pahalı lityum pillere pratik, uygun fiyatlı ve kaynak verimli alternatiflerin zaten mevcut olduğunu ve çok katmanlı yapılar sayesinde performanslarının daha da artırılabileceğini gösteriyor.
Sodyum iyon pil teknolojisinin seri üretime ve elektrikli araçlarda veya cep telefonlarında kullanıma hazır hale gelmesi elbette biraz zaman alacaktır. Ancak zamanı geldiğinde, lityum pillerden sodyum iyon pillere geçişte çok fazla sorun yaşanmamalıdır çünkü teknoloji nispeten benzerdir.
