Lityum iyon (Li-Ion) piller, taşınabilir cihazların kullanım ömrünü uzatan pil çeşidi olarak bilinir. Lityum iyon piller, geleneksel pillere nazaran daha uzun ömürlü, daha yüksek güç yoğunluğuna sahip, bir seviyeye kadar daha hızlı şarj olan ve daha hafif bataryalardır.
Lityum piller diğer kimyasallarla hazırlanan pillere oranla çok daha hafiftir. Bunun sebebi lityum iyon pillerin doldurulabilme yoğunluklarının en üst seviyede olmasıdır.
Lityum iyon piller için hafıza etkisi sorunu yoktur. Dolayısıyla bu pilleri şarj etmek için tam olarak boşalmalarını beklemek gerekmez. Ayrıca yine aynı nedenden dolayı şarjı yarıda kesmek pil için olumsuz bir etki yaratmaz. Bu pillerin kullanılmadıkları zamanlardaki enerjilerini kaybetmeleri de uzun sürer.
Bu pillerin en belirgin kusuru, kullanım ömürlerinin üretim tarihlerinden itibaren başlamasıdır. Depoda tutulup kullanılmasalar da bu pillerin ömürleri geçen süre ile azalır.
Yüzde 100 şarj seviyesindeki ve çoğunlukla 25 derece sıcaklıkta bulunan tam dolu tipik bir dizüstü bilgisayar pili, geri dönüşü olmayacak şekilde her yıl kapasitesinin yüzde 20’sini kaybeder.
Lityum iyon bataryalar, kapasitelerini her yıl yüzde 20 ila yüzde 30 arasında kaybederler. Ortalama ömürleri beş yıldır.
Direkt güneş ışınlarından ve direkt ısıdan korunması gereken bu piller, hâlihazırda kullanılan en yaygın ve verimli olan pil/batarya türüdür.
Lityum piller de hafıza etkisi görülmese de bu piller, nikel metal hidrür ya da nikel kadmiyum piller kadar uzun ömürlü değildirler. Hatalı kullanıldıklarında tehlikeli olabilirler. Yüksek ısıya ya da doğrudan güneş ışığına maruz bırakılırlarsa tutuşma ya da patlama görülebilir. Özellikle sıcak havada otomobilde bırakılmalı risk taşır. Tutuşma ya da patlama riski, lityum iyon pilin kısa devre olması durumunda da ortaya çıkar. (1)
Lityum İyon Pillerin Avantajları
Lityum iyon pillerin sayısız faydası vardır ve bunlardan birkaçı aşağıdakileri içerir:
• Enerji: Lityum-iyon piller, kendi türlerindeki diğer pillere kıyasla daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Kilogram başına 150 watt-saat kadar yüksek enerji sunabilirler. Öte yandan, nikel-kadmiyum piller yaklaşık 60-70 WH/kg ve kurşun-asit piller sadece 25 WH/kg verir.
• Deşarj Oranı: Lityum-iyon piller düşük deşarj oranına sahiptir ve aylık olarak depolanmış veya birikmiş şarjlarının yalnızca %5'ini kaybeder. Bu nedenle, daha sağlam ve daha istikrarlı şarj yeteneklerine sahip olup, iki ardışık şarj süresi arasında uzun süre dayanmalarını sağlar. Diğer benzer ürünler, ayda %20'ye varan yüksek bir kayıpla sonuçlanıyor.
• Bakım: Lityum-iyon piller minimum bakımla veya hiç bakım gerektirmeden çalışabilir. Sık ve ek bakım ve astarlama gerektirmezler.
• Tipler: Çeşitli çeşit ve ebatlarda mevcuttur, lityum iyon piller birden fazla uygulamayı uygun ve verimli bir şekilde bulun. Ayrıca, çeşitli cihaz türleri için uygun olan farklı güç gereksinimlerine sahiptirler.
• Hücre Voltajı: Lityum iyon piller, hücre başına yaklaşık 3.6V'luk bir voltaj üretebilir. Sadece 1.5-2 volt veren diğer tiplerle karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Lityum iyon pillerin güç yönetiminin daha iyi ve basitleştirilmiş olduğu anlamına gelir.
Lityum İyon Pillerin Dezavantajları
Lityum-iyon pillerin diğer her şey gibi dezavantajları vardır. Şunları içerir:
• Yanıcılık: Lityum iyon pillerde kullanılan elektrolit yanıcıdır. Aşırı ısındığında küçük çaplı yangınlara neden olabilir.
• Koruma: Lityum iyon piller, diğer şarj edilebilir pillere göre nispeten daha az dayanıklıdır. Bu nedenle, aşırı şarja, aşırı ısınmaya ve tamamen boşalmaya karşı koruma gerektirirler. Akımı ve gerilimi güvenli standartlar ve sınırlar içinde tutmak için bir koruma devresine ihtiyaçları vardır.
• Pahalı: Lityum-iyon piller daha maliyetli üretim ve üretime sahiptir, bu da onları nikel-kadmiyum pillerden neredeyse %40 daha pahalı hale getirir.
• Eskime: Kendi türlerinden diğerlerinden daha uzun süre dayanmalarına rağmen, lityum iyon pillerin sınırlı bir ömrü vardır. Sadece arızalanmadan önce yaklaşık 500-1000 şarj ve deşarj döngüsü için kullanıma dayanabilirler. Pillerin eskimesi, kullanılmadıklarında bile gerçekleşir ve devam eder. (2)
Araçlar için geleceği nedir?
Lityum iyon pillerin küçük el ve ev aletleri için göreceli olarak bir geleceği ve kullanışlılığından söz etmek mümkündür. Çünkü yukarıda sayıldığı gibi hafif olmaları ve özellikle hafıza etkisi olmaması ciddi bir avantajdır.
Ancak acaba aynı şeyleri binek araçlar, ağır vasıta/iş makineleri, hatta tren, gemi ve uçaklar için söyleyebilir miyiz?
Örneğin, bugün itibariyle binek araçlarında tipik rakamsal değerler aşağıdaki gibidir:
Menzil azami 400 km.
Ömür azami 5 yıl.
Fiyat üst sınırlarda.
İşletme maliyeti fosil yakıtlarla karşılaştırılabilir (TL/kWh-km).
Şarj süresi birkaç saat (hızlı doldurucular halen tartışılıyor).
Çevre dostu dense bile, en azından karbon negatif olmadığı açıktır.
Bu özelliklerle, binek araçlarda yaygın bir kabul görse de, rakip sistemlerle karşılaştırıldığında acaba bir geleceği olabilecek midir?
Her şeyden önce, öyle görülüyor ki yukarıdaki özelliklerle pek cazip değildirler…
Bunlara rakip olarak çok fazla batarya ve alternatif geliştirilmeye çalışılsa da, henüz rakip olabilecek pek fazla batarya/pil seçeneği bulunmamaktadır.
Bu kapsamda, aşağıda anlatacağımız alternatifin, lityum iyon bataryalara ciddi bir rakip olacağı açıktır.
Hidrojen devrimi ve hidrojen yakıtlı piller-araçlar (REDOX v.b.)
Öncelikle söyleyeyim ki, hidrojen yakıtlı araçlar için birçok üretici mevcuttur. (Toyota Mirai, Honda Clarity, BMW, Mercedes gibi).
Ben burada daha ayrıntılı bilgi verilmesi nedeniyle Hyundai Nexo’yu seçtim. (3)
Hyundai, 2018 yılında piyasaya sunduğu ikinci nesil hidrojen yakıtlı araç ile (ilki Tucson (ix35) FCEV), ciddi bir ivme yakaladı ve şu anda sektörün lideri gibi gözüküyor.
Aracın en büyük avantajları arasında sessiz ve konforlu bir sürüş karakteri yansıtabilmesi yer alıyor. 800 kilometre menzili ile hayranlık uyandıran Hyundai NEXO, 156 litrelik yakıt deposuna sahip. Aracın elektrikli motor beygir gücü ise 160 olarak ön plana çıkıyor.
Hyundai NEXO, ortam ısısından bağımsız olarak yoluna pratik bir şekilde devam edebilirken, aşırı soğuk ya da sıcak gibi durumlardan asla etkilenmiyor. -30°C ila $50°C arasında sorunsuz çalışıyor.
Peki, binek araçlarda bile bu kadar avantaj yaratan hidrojeni lityum iyon ile karşılaştıralım mı?
Bu hesaplamalarda;
*Ağaç ağırlıklarından ötürü menzil kısıtlaması dikkate alınmamıştır.
*Seyahat süresinin uzaması nedeniyle artan konfor dikkate alınmamıştır.
*Bakım-onarım maliyetleri dikkate alınmamıştır.
*Çevresel etkiler (gürültü v.b.) dikkate alınmamıştır.
*Fiyatlar ortalama olarak alınmıştır, an itibariyle hesaplama yapılmıştır.
*Lityum iyon batarya maliyeti 1.730 $/yıl alınmıştır.
*Araçların 100 km/gün yol yaptığı varsayılmıştır.
*Hidrojen fiyatı 3 $/kg alınmıştır.
*Hidrojen binek arabalarda 350 bar basınçta alınmıştır.
Görüldüğü gibi, hidrojen fiyatları henüz emekleme aşamasında olmasına karşın, bugün itibariyle dahi en ucuz yakıttır.
Diğer araçlar
Hidrojen yakıtlı araçlarda ağır vasıta (HGV : Heavy Goods Vehicle) esas alındığında, dünyada bu konuda müthiş bir gelişmenin olduğu görülmektedir. Özellikle TIR ve otobüs üretiminde ciddi bir yarış bulunmaktadır.
Mercedes, Hyundai, Toyota, Iveco, Volvo, Daimler, VanHool gibi firmalar sektörü paylaşmaktadırlar. (7)
Bu alanda 700 bar ve gaz halinde tek dolumda 1.000 km gibi menziller standart hale gelmeye başlarken, sıvı hidrojen tanklarla inanılmaz menzillere ulaşmanın mümkün olabileceği görülmektedir.
Örneğin, şu andaki dizel tankların ağırlığına eşit hidrojen yakıt taşındığında, menziller 5.000 km gibi rakamlara ulaşabilmektedir.
Hidrojen yakıtlarla ilgili bir diğer ilginç alan, zaten elektrikle (cer makinaları) çalışan tren lokomotifleridir. Dizel ile çalışan lokomotiflerde, bilindiği gibi, dizel yakıtla elektrik üretilmekte ve bu elektrikle de elektrik motorları çalıştırılmaktadır. Menziller ve hacim ve yer kısıtlamasının binek araçlara ve HGV’lere göre daha uygun olduğu tren katarlarında, sıvı hidrojen olmadan bile 10.000 km gibi menzillerden söz edilmektedir.
Bir diğer gelişme alanı ise gemilerdir. Bu taşıtlarda da yer ve hacim sorunu olmadığından, hidrojen yakıt kullanıldığında, menziller müthiş rakamlara çıkabilmektedir.
Hidrojen yakıtlı taşıtların en önemli avantajlarından biri de sağladığı ekonomidir. Bugün bile daha ekonomik olduğu binek araçlarda yaptığımız karşılaştırma tablosunda görülebilen hidrojen yakıtının, gelecekte çok çok gelişeceğini görmek zor olmayacaktır.
Henüz daha çok yeni olan hidrojen yakıtlı hava araçları da bir diğer büyük kullanım alanı gibi gözükmektedir.
Sonuç
Öyle gözüküyor ki, lityum iyon bataryaların ömrü çok kısa (diyelim 10-15 yıl) olacak ve kullanım alanları küçük ev ve el aletleri ile sınırlı olacaktır. Ben bunu bir zamanlar hayatlarımızda yer etmiş ama şimdi adını bile duymadığımız siyah-beyaz ve renkli tüplü TV’lere benzetiyorum.
Buna karşın hidrojen yakıtlı araçlar, binek araçları dahil ama özellikle ağır vasıta, iş makineleri ve gemilerde çok hızlı büyüyecek gibi gözüküyor.
YARARLANILAN KAYNAKLAR :
https://www.enerjiportali.com/lityum-iyon-pil-nedir-ozellikleri-nelerdir/
https://www.lithiumbatterychina.com/tr/blog/2021/08/02/the-pros-and-cons-of-lithium-ion-batteries-with-advantages-and-disadvantages/
https://www.hyundai.com/tr/tr/hakkimizda/Hyundai-Dunyasi/Hyundai-Nexo#none
https://www.donanimhaber.com/400-km-menzilli-Renault-Zoe-ZE-40in-batarya-detaylari-ortaya-cikti--86744
https://tusside.tubitak.gov.tr/sites/images/Tusside/batarya_ve_yenilikci_enerji_teknolojileri_calisma_grubu_raporu.pdf
https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/1074802
https://www.commercialfleet.org/news/truck-news/2021/01/28/hgv-giants-agree-to-collaborate-on-development-of-hydrogen-trucks