Elektrikli Araçlarda Kullanılan Lityum İyon Pil Teknolojisi Nedir?

Lityum iyon pil teknolojisi hızlı şarj olanağı, uzun süreli kullanım imkânı ve düşük ağırlık avantajı sayesinde, güç kaynağı olarak hala teknoloji piyasasının hâkimi konumunda.

Elektrikli Araçlarda Kullanılan Lityum İyon Pil Teknolojisi Nedir?

Enerjinin kablolardan bağımsız olarak depolanabilmesini sağlayan pil teknolojileri, günümüzde teknolojik cihazları mobil durumda kullanabilmemizin yegâne sebebi. Peki, bu alanda yapılan deneylerin aslında milattan önceye kadar dayandığını biliyor muydunuz? Evet; pil teknolojilerinin kullanımı, sanılanın aksine hiç de yeni bir gelişme değil. Pillerin dünya üzerindeki bilinen ilk örneği de M.Ö. 200’lü yıllara ait olan “Bağdat Bataryası” adlı kil bir çömlek çeşidi.

Sahi, o zamanlardan günümüze kadar pil teknolojileri alanında neler yaşanmış dersiniz? Aslına bakarsanız pillerin gelişim süreci, geçen bu 23 asır içerisinde pek de seri işlemiş sayılmaz. Bağdat Bataryası’ndan sonra, 17’nci yüzyıla kadar pil teknolojisine dair herhangi bir gelişme olmadığı biliniyor. İtalyan Fizikçi Alessandro Volta’nın 1800 yılında “voltaik pil” ile başlattığı modern pil teknolojileri tarihi, günümüzde ise lityum-iyon (Li-Ion) pil teknolojisinin üstünlüğü ile ilerliyor.

1. Lityum İyon Batarya Nedir?

Lityum iyon batarya adlandırması, birden fazla lityum iyon pilden meydana gelen çoklu güç depolama birimlerini tanımlamak için kullanılıyor. Lityum iyon pil ise kısaca, iyon alaşımlı lityum ile üretilen bir güç depolama ünitesi çeşidini oluşturuyor. Lityum iyon piller katot (pozitif uç), anot (negatif uç), elektrolit (elektrik iletimini sağlayan ortam) ve ayırıcı olmak üzere dört temel bileşenden meydana geliyor.

Lityum iyon pilin çalışması için önce, her iki uçtan geçecek şekilde bir elektrik akımının oluşması gerekiyor. Akım verildiğinde sıvı elektrolit kısmında bulunan pozitif ve negatif yüklü lityum iyonları, anot ve katot arasında hareket etmeye başlıyor. Böylece içeride depolanmış olan elektrik enerjisi pilin içerisinden gerekli ekipmanlara aktarılıyor. Bu da pilin/bataryanın güç yoğunluğuna göre bulunduğu cihazın tüm işlevlerini yerine getirebilmesini sağlıyor.

1.1. Lityum İyon Pil Özellikleri Nelerdir?

  1. Yeniden doldurulabilir bir pil çeşididir.
  2. Küçük hacminden dolayı kolaylıkla taşınabilir.
  3. Ağırlığına oranla yüksek güç depolama özelliğine sahiptir.
  4. Diğer pil çeşitlerine göre daha hızlı şarj olur. 
  5. Hafıza etkisi sorunu olmadığı için tam dolum ve kullanım ihtiyacı yoktur. 
  6. Kullanım ömrü üretim tarihinden itibaren başlar.
  7. Kapasiteleri yoğun kullanım halinde her yıl yüzde 20 ila 30 arası azalır.
  8. Zamana bağlı kapasite kaybı oranı kullanıldığı ısıya göre değişmektedir.

2. Elektrikli Araçlarda Kullanılan Batarya Türleri Nelerdir?

Elektrikli araçlarda bugüne kadar denenmiş ve geliştirilmekte olan 10’u aşkın pil çeşidi bulunuyor. Bunların kimisi güvenlik problemleri ve hızlı deşarj özellikleri nedeniyle tercih edilmezken, kimisi ise yüksek maliyetinden dolayı yaygın olarak kullanılamıyor. O halde bunlar arasında en öne çıkanlara bir göz atalım!

2.1. Kurşun Asit Piller

Otomobillerde kullanılan ilk pil türlerinden biridir. Düşük nominal voltajı ve enerji yoğunluğu nedeniyle günümüzde tercih edilmemektedir.

2.2. Nikel Kadmiyum Piller

Kurşun asit pillere kıyasla enerji yoğunluğu daha yüksektir. Şarjı kendiliğinden hızlı bir şekilde tükendiği ve hafıza etkisi olmasından dolayı elektrikli araçlar (Electric Vehicles: EV)’da kullanımı zordur.

2.3. Nikel Metal Hidrit Piller

Nikel kadmiyum pillerin olumsuz yönlerini dengelemek için metal hidrat kullanılarak üretilen alternatif bir pil çeşididir. Nikel kadmiyum pillere oranla daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Özboşalım oranının yüksek olması ve aşırı yüklenme durumunda güvenlik zaafiyeti oluşturması nedeniyle EV’ler için uygun görülmemektedir. 

2.4. Lityum Demir Fosfat Piller

Güvenli, yüksek yoğunluklu ve uzun ömürlüdür. Ancak performansı lityum-iyon pillere nazaran daha düşüktür. Bu nedenle her ne kadar elektronik aletlerde sıkça kullanılsa da EV teknolojisinde tercih edilmemektedir.

2.5. Lityum Sülfür Piller

Yine lityum tabanlı olmakla birlikte, katot malzemesi olarak iyon alaşımı yerine sülfür kullanılan bir pil çeşididir. Enerji yoğunluğu ve şarj verimi yüksektir. Ancak ortalama bir ömre sahip olduğu için lityum-iyona göre daha geri planda durmaktadır.

2.6. Lityum İyon Polimer Piller

Lityum iyon pil teknolojisinin daha gelişmiş bir versiyonudur. Klasik lityum pillerle yaklaşık olarak aynı özellikleri sergiler. Bununla birlikte, elektrolit olarak sıvı yerine polimer materyal kullanıldığı için iletkenliği daha yüksektir. EV teknolojileri için gelecek vadetmektedir.

2.7. Lityum Titanat Piller

Lityum iyon pillerin, anot kısmının karbon yerine lityum-titanat nanokristalleri ile geliştirilmiş halidir. Lityum iyon bataryalara göre daha hızlı şarj edilebilme özelliğine sahiptir. Ancak voltajının lityum iyon pillerden daha düşük olması EV’ler için dezavantaj olabilmektedir.

2.8. Grafen Piller

En yeni pil teknolojilerinden biridir. Şarj süresi lityum iyona göre çok daha kısa, şarj döngüsü çok daha uzun, ısınma oranı çok daha düşük, iletkenliği çok daha yüksek ve geri dönüştürülme kapasitesi yüzde 100’e kadar daha fazladır. Ancak şarj kullanım süresi lityum iyondan daha kısa, üretim maliyeti ise çok yüksektir.

En yaygın elektrikli araçlar ve batarya tipleri hakkında daha fazlasını keşfedin!

3. Elektrikli Araçlarda Neden Lityum Pil Kullanılır & Avantajları Nelerdir?

  1. Doldurulabilme yoğunluğu en fazla olan pil çeşididir.
  2. Diğer pil çeşitlerine kıyasla daha uzun ömürlüdür. Beş ila 10 yıllık kullanım ömürleri vardır.
  3. Yaklaşık 2 bin kullanımlık uzun bir şarj döngüsüne (yüzden 100’den 0’a) sahiptir.
  4. Bakım gereksinimi oldukça azdır. 
  5. Kilogram başına saatte 150 vata kadar yüksek enerji sağlayabilir.
  6. Yüzde 100 doluma ulaşmadan da yüksek performans sağlar.
  7. Şarj dolumu için içerisindeki enerjinin tamamen tükenmesine (hafıza etkisi) gerek yoktur.
  8. Şarjı yüzde 80’e kadar hızlı, sonrasında ise yavaş dolacak şekilde üretilir. Böylece zaman tasarrufu ve güvenlik sağlar.
  9. Kullanılmadığı sürelerde diğer pil çeşitlerine kıyasla daha düşük özboşalım oranına sahiptir.

 Tüm bu özelliklerinden dolayı lityum iyon pil teknolojisi, elektrikli araç bataryası alanındaki hakimiyetini sürdürmeye devam edecek gibi görünüyor. Sizce?