Eko Pil Lityumsuz İşte Bu Kadar İyi

0
23

BMW ve Mercedes gibi üreticilerin birlikte çalıştığı Çinli pil uzmanı CATL, 2023 için sadece kobalt ve nikelsiz değil, lityumsuz da çalışan yeni bir hücre kimyasını duyurdu. Yeni pilin yapabilecekleri.

Pil teknolojisi hızla gelişiyor, süper pile giden yolda membranlarda veya elektrolitlerde meydana gelen gelişmelere ilişkin raporlar giderek daha kısa aralıklarla geliyor, araştırmacılar sürekli olarak daha fazla menzil, güvenlik, hızlı şarj veya verim. Şimdiye kadar neredeyse her zaman tek bir sabit vardı: pildeki elektrotlar arasında salınan iyonları sağlayan malzeme olarak lityum.

Temmuz 2021 sonunda Çinli pil devi CATL (Contemporary Amperex Technology), yeni sodyum piliyle ilgili bir raporla herkesi şaşırttı. İçinde sodyum iyonları katot ve anot arasında ileri geri hareket eder. Nispeten büyük, ancak yalnızca pozitif yüklü sodyum iyonları (Na +), enerji yoğunluğunun hala yönetilebilir olmasını sağlar (mevcut sınıfın en iyisi hücrelerle yaklaşık 270 Wh / kg yerine 160 Wh / kg).

Sodyum hücresinin uzun süredir özellikle sabit depolama için uygun olmasının nedeni budur. 2011 yılında kurulan İngiliz şirketi Faradion, sodyum hücrelerinin özellikle yüksek yükleme ve boşaltma verimliliğinin altını çiziyor ve bu da yüzde 92 ile 2030 yılına kadar geçerli olmayacak olan depolama cihazları için AB hedeflerini şimdiden karşılıyor. Haziran 2021’de Faradion, hücre teknolojisini büyük ölçekte sabit depolama sistemleri üretmek için kullanmayı planlayan İskoç şirketi AMTE Power plc için lisansladı.

Marş aküleri için sodyum hücreleri?

Şarj ve deşarj verimliliği açısından, kurşun asitli aküler sadece yüzde 70 civarında bir başarı elde edebilir. Bu nedenle, arabalardaki klasik marş aküsünün yerine sodyum akünün çekici görünmesi şaşırtıcı değildir. Helmholtz Enstitüsü Ulm’den (HIU) Profesör Maximilian Fichtner, kurşun pil pazarının lityum iyon piller kadar büyük olduğuna dikkat çekiyor. Ve bu sodyum piller de bunun için çok uygundur çünkü “çok hızlı olabilirler – bir arabayı çalıştırırken veya şarj ederken ihtiyaç duyduğunuz gibi”.

Buna karşılık, sodyum hücreleri de sıcaklık dirençlerinden faydalanacaktır. Faradion, kapasiteyi -20 ila +60 derece arasında mükemmel bir şekilde tuttuklarını belirtiyor.

Aynı zamanda, sodyum hücreleri, geleneksel lityum iyon hücrelere göre çok daha fazla ateşe dayanıklıdır: Bir alev oluşturmadan çivi testini (yüklü bir hücrenin nüfuz etmesi) geçerler. Ayrıca tamamen yüksüz olarak da taşınabilirler. Bu durumda termal kaçak riski sıfırdır.

CATL, e-arabalar için sodyum piller istiyor

Şu anda dünyanın en büyük pil üreticisi olan CATL, elektrikli otomobillerin pillerinde sodyum hücre kimyasının birçok avantajını kullanmak ve 2023 gibi erken bir tarihte seri üretime başlamak istiyor. CATL’nin sodyum hücresi aynı zamanda soğuğa karşı mükemmel direnç (-20 derecede yüzde 90 kapasite) ve çok iyi hızlı şarj özelliği (15 dakikada yüzde 0 ila 80) ile karakterize edilmelidir.

Pil hücreleri, anotun karbon katmanları arasında pozitif yüklü parçacıkları (katyonlar) depolar. Geleneksel lityum iyon pillerde kullanılan grafit anotlar, Li2 + iyonlarını işleyebilir, ancak daha büyük Na + iyonları grafit yapıya zarar verebilir. CATL, sodyum iyonlarının bol miktarda depolanmasına ve hızlı hareketine izin verdiği söylenen “benzersiz bir gözenekli yapıya” sahip bir sert karbon malzemesi geliştirdiğini iddia ediyor. Bu, yüksek yükleme hızı ile sonuçlanır.

Katot için CATL, deneysel formül NaxFey [Fe (CN) 6] z ile Prusya Beyazı adlı bir malzeme kullanır. Yani sodyum, demir ve bir karbon-azot bileşiği içerir; Kobalt, nikel ve ayrıca lityum gibi daha pahalı malzemeler bu nedenle tamamen yoktur. Bununla birlikte, malzemenin özel yapısı, hücreye döngü stabilitesini vermelidir.

Büyük fiyat avantajlarıyla sodyum piller

Uzmanlar, kullanılan malzemeler önemli ölçüde daha ucuz olduğu için sodyum hücrelerinin maliyet avantajının yüzde 30 ila 40 arasında olduğunu tahmin ediyor – sodyum dünyadaki en yaygın altıncı elementtir ve esas olarak tuzlarda (örneğin sofra tuzu, NaCl), örneğin deniz suyunda bulunur. Sodyum hücresinde elektrotların bakırdan yapılmasına bile gerek yoktur; alüminyumdan yapılabilirler. Ayrıca hücreler, mevcut olanlarla aynı üretim hatlarında oluşturulur.

Dr. Battrion’dan Martin Ebener, bunu belirleyici avantaj ve aynı zamanda CATL’nin artık sodyum pillerin (e-arabalarda) seri üretimine doğru görünüşte daha hızlı ilerlemesinin nedeni olarak görüyor. Çünkü Avrupa’daki asıl zorluk “rekabetçi hücreleri (performans, maliyet, kullanım ömrü, güvenlik) büyük miktarlarda teslim etmeyi başaran ve böylece Uzak Doğu’daki mevcut hücre üreticilerinden bağımsız hale gelen bağımsız hücre üreticileri oluşturmaktır. operasyonel tip (çalışan makineler, istikrarlı süreçler, sermaye oluşturmak için eğitilmiş çalışanlar, satın alma sözleşmeleri vb.) “. Ebner, hücre üretiminde ustalaşan herkesin hücre teknolojisini kolayca değiştirebileceğine inanıyor.

Sodyum hücreleri çok daha az menzil sunar

Ancak Profesör Maximilian Fichtner, sodyum pilin arabaya gerçekten ne kadar çabuk ulaşacağından henüz emin değil: Depolama kapasitesi henüz lityum iyon pillerinkine yakın değil, ancak lityum demir fosfat hücrelerinin boyutuna yaklaşıyor. Bunlarda olduğu gibi, Çinli otomobil üreticisi BYD’nin özel bir yapıyla (sözde bıçaklı pil) yaptığı gibi, hücreden pakete tasarım sodyum hücrelerle de mümkündür. Hücreler, daha sonra onları büyük bir pilde birleştirmek için önce modüller halinde paketlenmez, ancak hücreler, bir ara yapı olmadan doğrudan pil takımına taşınır.

Bununla birlikte, Fichtner sodyum pili “henüz arabada değil” olarak görüyor. Ancak “gelişme eskisi gibi devam ederse, bundan vazgeçilemez. Bence CATL her halükarda bunun için çaba gösterecektir” dedi uzman.

Bu nedenle sodyum pil, aynı zamanda sabit bir depolama cihazı olarak başlayan ve delindiğinde alev almayan geleneksel lityum iyon pillerden daha ucuz olan lityum demir fosfat pil (LiFePO4) ile rekabet eder. BYD, bu ucuz hücre kimyasını otomobillerde kullanan ilk kişi oldu. Tesla ayrıca Çin’den Model 3’ünde LiFePO4 hücreleri kullanıyor. Bununla birlikte, bunlar düşük sıcaklıklarda kapasite sorunları ile fark edildi – sodyum hücresi durumunda, CATL düşük sıcaklık direncini vurgular. Bu grafikte CATL, sodyum hücresinin LiFePO4 hücresine kıyasla nerede durduğunu açıklar.

Her hücre kimyasının farklı avantajları ve dezavantajları vardır.

Temel olarak, her hücre kimyasının güçlü ve zayıf yönleri vardır. Sodyum hücresinin en büyük eksikliği, hem hacimsel hem de gravimetrik enerji yoğunluğudur. Bununla birlikte, tek tek hücrelerin enerji yoğunluğu ile tüm pillerin enerji yoğunluğu arasında ayrım yapmak gerekir. Ancak, sodyum hücrelerinin daha az ısı ürettikleri için çok etkili ve sıkı bir şekilde paketlenebileceğine dair birçok gösterge vardır. Başka bir deyişle, BYD’nin lityum demir fosfat hücrelerden yapılmış bıçak piline benzer şekilde, pilden pile giden yolda enerji yoğunluğunun lityum iyon pillere göre iyileşmesi gerekir. Sodyum pil, lityum pillerin enerji yoğunluğunun yalnızca yaklaşık yüzde 60’ını elde etmek yerine, belki de lityum pillerin enerji yoğunluğunun yüzde 75’ini sağlayabilir. Ayrıca CATL, ikinci nesil sodyum hücreleri için 190 Wh/kg vaat ediyor. Geleceğin müziği. Sodyum pillerin lityum pillerden daha iyi olduğu yerde güç yoğunluğu söz konusudur. Pilin performansı, iç direnciyle ilgilidir ve pilin ne kadar enerji açığa çıkarabildiğini, yani hücrelerin iyonları ne kadar hızlı hareket ettirebildiğini gösterir. Enerji ve güç yoğunluğu genellikle geliştirme sırasında hedefler arasında bir çatışma yaratır: İyonları dönüşümlü olarak depolayan anot ve katottaki yapılar çok sayıda iyonu barındırmak için yeterli alan sunuyorsa, yüklü parçacıkların kaplaması gereken yollar genellikle büyür. buna bağlı olarak daha uzun yürüyüş sürer. Hücrelerin iyonları ne kadar hızlı hareket ettirebildiği. Enerji ve güç yoğunluğu genellikle geliştirme sırasında hedefler arasında bir çatışma yaratır: İyonları dönüşümlü olarak depolayan anot ve katottaki yapılar çok sayıda iyonu barındırmak için yeterli alan sunuyorsa, yüklü parçacıkların kaplaması gereken yollar genellikle büyür. buna bağlı olarak daha uzun yürüyüş sürer. Hücrelerin iyonları ne kadar hızlı hareket ettirebildiği. Enerji ve güç yoğunluğu genellikle geliştirme sırasında hedefler arasında bir çatışma yaratır: İyonları dönüşümlü olarak depolayan anot ve katottaki yapılar çok sayıda iyonu barındırmak için yeterli alan sunuyorsa, yüklü parçacıkların kaplaması gereken yollar genellikle büyür. buna bağlı olarak daha uzun yürüyüş sürer.

Enerji yoğunluğuna karşı güç yoğunluğu

Pile çevrildiğinde, hayali ve basitçe şöyle söylenebilir: Model S’nin yaklaşık 700 kilogram ağırlığındaki 100 kWh’lik pili sodyum hücrelerine sahip olsaydı, perspektif olarak yalnızca 75 kWh kapasiteye sahip olabilirdi, ancak tekrar boşalarak çalışabilirdi. 15 dakika sonra 60 kWh (yüzde 80) şarj olur ve ayrıca daha az şarj kaybı olur. Mercedes EQS 450+ (15,8 kWh) tüketimi ile yaklaşık 380 kilometre yol alırsınız.

Hibrit pil, lityum ve sodyum hücrelerin avantajlarını birleştirmeli

Bunu lityum iyon pillerin daha yüksek enerji yoğunluğuyla birleştirmek için Çinliler ayrıca karışık hücreli bir pil tasarladılar. AB pilinde, sodyum hücrelerinin lityum iyon pillerle birlikte çalışması gerekiyor. İkincisinin, sodyum hücrelerinin düşük enerji yoğunluğunu telafi etmesi beklenirken, bunların da düşük sıcaklıklarda pilin performansını iyileştirmesi beklenir. Gelişmiş bir kontrol sistemi, her hücre tipi için doğru pil yönetimini sağlamalıdır. Halihazırda karmaşık olan pil sistemi, iki farklı hücre tipiyle önemli ölçüde daha karmaşık olacaktır. Buna hakim olmak, kayda değer bir geliştirme çabası anlamına gelmelidir.

Sodyum pil, güvenlik, döngü ve sıcaklık direnci, basit hammaddeler ve buna bağlı olarak düşük maliyetlerle öne çıkıyor. İyi bir güç yoğunluğu aynı zamanda iyi bir hızlı şarj kapasitesi ve enerji iletiminde hız sağlar. Ancak, CATL’den iyimser görünen açıklama gerçekçi olsa bile, seri üretime en az iki yıl kaldı. Ek olarak, sodyum hücresi her şeyin en önemli disiplininde başarısız olur: menzil için belirleyici olan enerji yoğunluğunda.

Bu, lityum pilin mirasını hemen devralmak için kesinlikle yeterli değil, özellikle de sodyum pilin profilinin belirli araç uygulamalarının profiliyle eşleşmesi zor olduğundan: Maliyetler ucuz arabalar için konuşuyor, düşük enerjiden kaynaklanan varsayılan boyut yoğunluk onları bırakır, ancak küçük arabalar için daha az uygun görünür. Performans güçlü araçlara yakışıyor, yönetilebilir menzil ise touring otomobillerine uygun değil.

Alternatif olarak yeni teknolojiye hızlı bir değişiklik bu nedenle moda değildir. Çinlilerin, sodyum ve lityum pillerin bir kombinasyonu ile AB pili bulmaları boşuna değildi. Karmaşıklık göz önüne alındığında, bunun daha da uzak olması muhtemeldir.

(Muhtemel) Avrupalı ​​hücre üreticileri, temel olarak lityum iyon hücrelerle aynı işlemler kullanılarak üretilebileceğinden, yeni hücre kimyasına hala dikkat etmelidir. Bunların Avrupa’da yüksek kalitede ve büyük miktarlarda üretilmesi en büyük öncelik olmalıdır.

Son Haberler

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz