Skip to content Skip to navigation

Günümüzün Elektrikli Araçlarının En Önemli Sorunları: Menzil ve Şarj Süresi

Dr. Tuba Sarıgül
24/08/2018 - 10:00

Bataryalar (piller) elektrikli araçların anahtar role sahip parçasıdır ve en pahalı bileşenidir (aracın toplam maliyetinin dörtte birinden fazlasını bataryalar oluşturur). Bataryaların depolayabildiği enerji miktarı elektrikli araçların menzilini belirler. Günümüzde elektrikli araçların menzilinin artırılabilmesi için daha büyük bataryalar kullanılıyor. Bu durumda ise araçların ağırlığı arttığından enerji verimliliği düşüyor.

Bataryaların kapasitesiyle ilgili iki kavram önemlidir: enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğu. Enerji yoğunluğu, birim hacimde depolanan enerji miktarını gösterir. Ancak bataryaların enerji yoğunluğu çoğunlukla birim kütlede depolanan elektrik enerjisi miktarını gösterecek şekilde verilir ve birimi wattxsaat/kg’dır. Bataryaların güç yoğunluğu ise birim hacminin ürettiği güç (enerji aktarma hızı) miktarını ifade eder.

Bu kavramları su ile dolu bir havuzun boşaltılması örneğiyle zihninizde somutlaştırabilirsiniz. Enerji yoğunluğu havuzun depolayabildiği su miktarını, güç yoğunluğu ise havuzun içindeki suyun boşaltılma hızını ifade eder.

Günümüzde elektrikli araçlarda farklı batarya teknolojileri (örneğin kurşun asit, nikel metal hidrür, lityum iyon) kullanılıyor. En yaygın batarya türü ise akıllı telefon, tablet, dizüstü bilgisayar gibi taşınabilir elektronik cihazlarda da kullanılan lityum iyon bataryalar. Lityum iyon bataryaların diğer şarj edilebilir batarya türlerinden en önemli üstünlüğü enerji yoğunluğunun yüksek olması. Ancak lityum iyon bataryaların patlama tehlikesi ve maliyeti yüksek.

 

Lityum Bataryalar Nasıl Çalışır?

Lityum iyon bataryalar şarj edilebilir batarya türlerinden biridir. Farklı lityum iyon batarya türleri var. Yaygın olarak kullanılan lityum iyon bataryalarda bataryanın artı kutbu lityum kobalt oksit, eksi kutbu ise grafitten üretilir. Lityum iyon bataryalarda elektrotlar katmanlı yapıdadır ve lityum atomları bu katmanların arasına yerleşir.

Tonzetich, 2017 - CC BY-NC-SA 3.0

Lityum iyon batarya enerji sağlarken yani boşalırken artı yüklü lityum iyonları pilin eksi kutbundaki grafit elektrottan pilin artı kutbundaki lityum kobalt oksit elektrota doğru hareket eder.

 

Artı kutupta gerçekleşen indirgenme tepkimesi:

CoO2+Li++e→LiCoO2

 

Eksi kutupta gerçekleşen yükseltgenme tepkimesi:

LiC6→C6+Li++e

Batarya şarj olurken artı yüklü lityum iyonları pilin artı kutbundaki elektrottan pilin eksi kutbundaki elektrota doğru hareket eder.

 

Geleceğin Batarya Teknolojileri

Elektrikli araçlarda kullanılan bataryaların enerji kapasitesinin artırılması amacıyla araştırmalar devam ediyor. Bu amaçla lityum iyon bataryalarda elektrot ve elektrolit olarak kullanılabilecek farklı malzemelerin geliştirilerek bataryaların enerji kapasitesi ve özellikleri iyileştirilmeye çalışılıyor.

Katı hal lityum bataryaların patlama tehlikesinin olmaması, daha yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmesi, yüksek enerji yoğunluğu gibi üstün özellikleri nedeniyle yakın gelecekte lityum iyon bataryaların yerini alabileceği düşünülüyor.

Lityum iyon bataryalarda elektrotlar arasında elektrik iletkenliğini sağlayan elektrolit çözeltisi sıvı haldedir. Katı hal lityum bataryalarda ise bu amaçla katı malzemeler kullanılır. Lityum iyon bataryayı keşfeden Prof. Dr. John Goodenough ve çalışma arkadaşları yakın zamanda sonuçları Journal of the American Chemical Society dergisinde yayımlanan araştırmada lityum iyon bataryalara göre kullanım ömrü daha uzun, enerji yoğunluğu daha yüksek ve daha kısa sürede şarj olan lityum katı hal batarya üretmeyi başardıklarını açıkladı.

 

 

IMEC - IMEC teknoloji şirketinin geliştirdiği katı hal bataryada elektrolit olarak nanokompozitler (birbirinden farklı özelliklere sahip, nano boyutta bileşenlerden oluşan malzemeler) kullanılıyor.

Bataryalara alternatif olabileceği düşünülen başka bir teknoloji ise elektrik enerjisini depolayabilen süperkapasitörler. Kapasitörler, kimyasal enerjiden elektrik enerjisinin elde edildiği bataryalardan farklı çalışır.

 

Kapasitörler iki metal plaka ve bu plakaları birbirinden ayıran bir yalıtkan yüzeyden oluşan devrelerdir.

Kapasitörler şarj olurken elektronlar plakalardan birinde birikirken, diğer plakadaki elektronları iterek uzaklaştırırlar. Süperkapasitörler bataryalardan farklı olarak enerji depolama kapasitelerinde bir azalma olmadan defalarca şarj edilip tekrar boşalabilir. Ayrıca süperkapasitörlerin güç yoğunlukları çok yüksektir. Bu sayede çok hızlı bir şekilde -saniyeler içinde- şarj edilebilirler. Ancak enerji yoğunluklarının düşük olması bu teknolojinin önemli bir dezavantajı. Ticari olarak üretilen süperkapasitörlerde ulaşılan en yüksek enerji yoğunluğu lityum iyon bataryalarınkinin yirmide biri kadar.

Enerji yoğunluğu yüksek süperkapasitörler geliştirmeye yönelik araştırmalar devam ediyor. Geliştirilen malzemeler ve yöntemler üretim aşamasına geçebilirse süperkapasitörlerin enerji yoğunluğunun lityum iyon bataryalarınkine ulaşabileceği öngörülüyor.

 

Kaynaklar:

İlgili İçerikler

Teknoloji

İnsan derisinden ilham alan Münih Teknik Üniversitesinden araştırmacılar yapay deriye sahip insansı bir robot geliştirdi. Geliştirilen yapay deri sayesinde robot insan dokunuşlarını hissedebiliyor.

Teknoloji

Sürücüsüz araçlara yönelik geliştirdiği teknolojilerle bilinen Tesla Motor şirketinin sahibi Elon Musk, Tesla araçların bu yılın sonunda tam otonom sürüş özelliği kazanabileceğini açıkladı.

Teknoloji

Mikroçip (üzerinde farklı işlevlere sahip elektronik devreler bulunan çok küçük boyuttaki birleşik devreler), küresel konumlama sistemi (GPS), kablosuz internet, sensör gibi teknolojiler tüm dünyayı hızla değiştiriyor. Bu değişimin son yıllardaki ürünlerinden biri de giyilebilir teknolojiler. Giyilebilir teknolojiler vücuda bağlı oldukları için günlük işler yapılırken de rahatça kullanılabiliyor.

Teknoloji

 TEKNOFEST İstanbul Havacılık, Uzay ve Teknoloji Festivali 17-22 Eylül tarihleri arasında İstanbul Atatürk Havalimanı’nda düzenleniyor.

Teknoloji

Bir grup araştırmacı çok sayıda ufak robotun bir araya gelmesiyle oluşan, herhangi bir merkezî kontrol birimi olmaksızın çevredeki uyaranlara tepki verebilen ve hareket edebilen bir robot geliştirdi.

Teknoloji

Günümüzün aktif araştırma alanlarından biri esnek elektronik cihazlar. Michigan Üniversitesinden Nicholas Kotov önderliğinde çalışmalar yapan bir grup araştırmacı yakın zamanlarda esnek, iletken malzemeler üretmek için yeni bir yöntem geliştirdi.

Teknoloji

1950’ler sinemada seyirci sayısının azaldığı yıllar olarak tarihe geçer. Bunun en önemli nedeni, şehirlere taşınan ailelerin, ucuz ve erişilebilir olmasından dolayı televizyonu eğlence aracı olarak seçmesiydi. Televizyon o yıllarda toplumda hızlı bir şekilde yaygınlaşıyordu ve birçok aile tarafından satın alınıyordu.

Teknoloji

Hassas Tarım ve Sürdürülebilir Uygulamaların Yaygınlaştırılması Projesi (HASSAS) sayesinde havacılık ve uzay teknolojileri kullanılarak çiftçilerimiz yenilikçi tarım uygulamalarından biri olan hassas tarım uygulamalarından yararlanabilecek.

Teknoloji

Hızla değişen ve yayılan bilgiyi takip etmek isteyenler için internete bağlı bilgisayar, mobil telefon ve tablet, giyilebilir teknoloji ürünü cihazlar gibi yeni medya araçları vazgeçilmez bir ihtiyaç hâline geldi.

Teknoloji

Japon otomobil üreticisi Toyota, yeni geliştirdikleri bir hibrit aracın test sürüşlerine başlayacaklarını açıkladı. Güneş paneliyle kaplı olan araç sadece elektrik motoruyla 56,3 kilometre yol yapabilecek.