Katı Hal Pilleri Nedir ve Neden Onlara İhtiyacımız Var?
Elektrikli araçlar kullanılmaya başladığından beri 3 temel sorunumuz mevcut. Bunlar;
- Uzun sürüş menzili
- Kısa şarj süresi
- İçten yanmalı motora sahip benzer donanıma sahip bir araçla rekabet edebilecek fiyat
Bundan dolayı pek çok araştırma devam ederken en çok adı geçen katı hal pillerine değinmek istedim. Katı elektrolit içeren pillerin birçok teorik faydası var. Ancak bunları ucuza üretme tekniğinin bulunması pek hayli zor. Toyota, “oyunun kurallarını değiştiren” katı hal pillerin 2028 yılına kadar üretime geçmesini sağlayacak bir atılım yapacağını söylüyor. Katı hal pilleri mevcut teknolojiye göre daha hafif ve daha güçlü bir pil teknolojisi. Bunun yanında elektrikli otomobillerde 10 dakika şarj süresi ile 1200 km yol gidileceğinden bahsediliyor. Peki bu teknolojiye umut bağlanabilir mi?
Katı hal pilleri nedir?
Daha önce Geleceğin Pilleri yazımda değindiğim bu teknoloji farklı bir kimyaya değiniyor. Normal günlük hayat da kullandığımız li-ion pillerden farklı olarak sıvı bir elektrolit yerine katı bir elektroliti bulunuyor.
Bir lityum iyon pilde tipik olarak bir grafit elektrot, bir metal oksit elektrot ve bir tür solvent içinde çözünmüş bir lityum tuzu elektroliti bulunur. Katı hal pillerinde, seramik ve sülfürler de dahil olmak üzere lityumun yerini alan çok sayıda malzeme bulunur.
Sıvı Elektrolitten Vazgeçmek Neden Faydalı ?
Lityum aslı bakılırsa madeni zor bulunan bir element ve çevreye de oldukça zarar veriyor. Fosil yakıtlardan değil de, yenilebilir enerji ile enerji depoladığımız piller arttıkça lityum ihtiyacımız da artacak. Sonuç olarak bu zor bulunan madenle başımız daha belaya girecektir.
Bunun yanı sıra lityum pillerin lojistik ve ekonomik zorlukları da vardır. Bu sebepten katı hal pillerin lojistik ve ekonomik anlamda daha avantajlıdır. Bu avantajlarının yanında teknik olarak da avantajları mevcuttur. Örneğin sıvı elektrolit kullanılmaması yangın riskini daha azaltır. Bir başka faydası ise geleneksel lityum piller kapasitelerinin yüzde 80’ine kadar hızla şarj olurken, bu noktadan sonra yüzde 100’e kadar yavaş şarj oluyor. Katı hal pilleri daha hızlı bir şekilde tamamen şarj ediliyor.
Ancak en önemlisi, katı elektrolitlerin yoğunluğu daha azdır, bu nedenle katı hal pili, lityum iyon rakibinden daha küçük ve daha hafif olabilir. Bu da elektrikli arabaları daha küçük ve daha hafif hale getirebilir veya onlara aynı boyut ve ağırlıkta daha geniş bir menzil sağlayabilir. Artan enerji yoğunluğu ve daha düşük ağırlık elektrikli uçakların daha çok söz edilir hale getirir.
Ne Kadar Uzaktalar?
Aslında baktığımızda katı hal pilleri yeni bir teknoloji değil. Katı elektrolitler 1800’lü yıllarda Michael Faraday tarafından yaratıldı ve şu anda tıbbi implantlarda kullanılıyor. Ancak katı hal pilleri çok maliyetli olması bir engel teşkil ediyor.
Otomobil şirketlerin bu engeli kaldırmak için oldukça hırsılı. Ford ve BMW, daha önce 2028 yılına kadar yılda 800.000 otomobile yetecek kadar hücre üreteceğini söyleyen Solid Power adlı bir şirkete yatırım yaparken , Mercedes-Benz ise Factorial Energy adlı başka bir firmaya yatırım yaptı. Toyota ise Japon petrol şirketi Idemitsu Kosan ile sülfit katı elektrolit üzerinde çalıştığını söyleyen bir anlaşma imzaladı. Şirketler, otomobiller için katı hal pili üretimine 2027 veya 2028’de başlamayı ve üretimin daha sonraki bir tarihte artmasını umuyor.
2023 yılının başlarında Pekin’deki Çin Bilimler Akademisi’ndeki bir ekip bir çalışma paylaştı. Bu çalışma ile katı hal lityum-sülfür pilini 1400 kez şarj etmeyi başardı. Katı hal pillerinin uzun ömürlü olabileceği kanıtlandı.
Ancak bu çalışmalar henüz gerçek dünya ürünlerine yansımadı. Şimdilik Toyota’nın duyurusu, onu katı hal pil teknolojisine yatırım yapan şirketlerin giderek büyüyen listesine dahil ediyor. Hangi şirketin bu noktaya ilk önce ulaşacağını ve yeni pil tasarımlarının ne kadar destek sağlayabileceğini zaman gösterecek.
Kaynakça
- https://www.newscientist.com/article/2398896-what-are-solid-state-batteries-and-why-do-we-need-them/
- https://www.economist.com/science-and-technology/2023/08/23/superbatteries-will-transform-the-performance-of-evs?utm_content=section_content&gad_source=1&gclid=Cj0KCQiAn-2tBhDVARIsAGmStVnYb8Spcjhd68ceD9kb1D8lC0wV2cq4l55fXx8EA7txqCrAdFzqEaoaApHAEALw_wcB&gclsrc=aw.ds
