Günlük hayatta hemen hemen herkes pil kullanmıştır, ya da pil dediğimizde kafasında canlanan şeyin bir kalem pil olduğunda hemfikiriz. Bu pilleri gözümüz kapalı olarak kullanabiliriz. Ev içerisinde bir cihaz çalışmıyorsa ya pili bitmiştir deriz ya da şarjı bitmiştir deriz. İşte 2 farklı enerji depolama türüne hakimiz. Gelin biraz bu pillerin çalışma prensiplerini inceleyelim.

Pil Ömrü

Piller elektrik enerjisi üretebilmek için kimyasal reaksiyonları kullanır. Bu reaksiyonlar sonucunda harekete geçen elektronlar, akım oluşturur ve gereken elektrik enerjisini sağlar. Tek kullanımlık pillerin ömrü, örneğin lityum iyon pillerde, içindeki lityum iyonlarının hareket edebileceği kadar lityum kaldığı sürece elektrik enerjisi üretimine devam eder. Ancak lityum iyonlarının hareket edebileceği lityum miktarı tükendikçe, pil işlev göremez hale gelir ve atık olarak çöpe atılır. Şarj edilebilir piller kullanıma bağlı olarak ömürleri azalabilir. Şarj edilebilir piller, şarj-dolum döngüsüne göre çalışırlar. Her bir şarj-dolum döngüsü, pilin kimyasal yapısında değişikliklere neden olur ve bu da pilin ömründe azalmaya yol açar. Bu nedenle, pilin tekrar tekrar doldurulup boşaltılması, pilin ömrünü kısaltabilir. Daha fazla şarj-dolum döngüsüne maruz kalan piller, zamanla kapasitelerini ve performanslarını kaybeder.

Aracın İçindeki Pil

Hiç bilmeyenler için elektrikli araçların bataryasını akünün daha büyük versiyonu diye düşünebilirsiniz. Sonuçta o da pil değil mi? Ama aslında EA üreticileri ve batarya üzerine çalışan firmalar günlük hayatta kullandığımız AA veya AAA boyutunda Lityum-İyon pillerin seri veya paralel bağlayarak gruplar haline getirerek bataryayı oluşturuyorlar. Böyle gruplandırmanın bazı avantajları olabilir. Günlük hayattan da aşina olduğumuz üzere piller aşırı kullanımda ısınan malzemelerdir. Bu ısınma sonucunda ömürleri azalıyor. İşte bu noktada bu küçük pillerin, gruplanarak kullanılmasının nedeni ortaya çıkıyor. Soğutma işlemi için, bu pillerin arasından soğutma sıvısı veya hava akışı geçerek en optimal ısı derecesinde çalışmasını sağlıyor. Bu sayede bataryaların performansları ve ömrü artırılır.

Tesla, özellikle küçük boyutlu pil hücrelerini benimsemişti. Ancak son zamanlarda mühendislerin araştırmaları ve maliyet- fayda analizleri bağlamında bu kadar küçük boyutlu pil kullanılmasa da aynı verimi alabileceklerini düşünüyorlar. Bunun sebebi bağlantı kabloları. Ne kadar çok pil hücresi olursa, bağlantı kablosu maliyeti de artıyor. İşte bu noktada, hem optimal ısı derecesinde tutabilmek için soğutma işlemine uygun boyutlu, hem de verim kaybı yaşamamak için orta büyüklükte pil kullanımına geçiş yapılabilir.

Elektrikli Araçlarda kullanılan Pil Türleri

Bataryalı elektrikli araçların geleneksel içten yanmalı motorlu araçlarla baş edebilmesi ve gelecekte içten yanmalı motorlu araçların yerini alabilmesi için en hayati bileşenin batarya grupları olduğu kabul edilir. Bataryaların en kritik ve belirleyici özellikleri, enerji yoğunluğu (ağırlık/kg), güç yoğunluğu (W/kg), fiyat ve kullanım ömrüdür. Güç yoğunluğu ve enerji yoğunluğu dışsal faktörlerdir, ancak tam şarj ve deşarj süreleri kısa olan bir bataryanın yeterli enerji depolama kapasitesine sahip olması mümkün değildir. Aynı şekilde, kullanım ömrü de kullanım ve şarj etme alışkanlıklarına bağlı olarak değişiklik gösterir.

Lityum İyon Piller

Lityum iyon piller, elektrikli araçlarda en yaygın olarak kullanılan ve oldukça önemli bir pil türüdür. Bu piller şarj edilebilir piller olarak çalışır ve lityum iyonlarının katot ve anyot arasındaki elektron akışını kontrol eden elektrolit tabakası kullanırlar.

Lityum iyon pillerin başlıca avantajlarından biri yüksek enerji yoğunluğudur. Birim ağırlığa göre oldukça fazla enerji depolama kapasitesine sahip olmaları, elektrikli araçların daha uzun menzile sahip olmalarını ve daha fazla enerji depolayabilmelerini sağlar. Ayrıca, hızlı şarj ve deşarj edilebilme özelliğine sahip olmaları, elektrikli araçların daha kısa sürede şarj olmasına ve daha hızlı performans sergilemesine imkân tanır. Böylece, araç sahipleri daha az şarj bekleme süresiyle daha uzun yolculuklar yapabilirler.

Bu piller kendiliğinden deşarj olma özelliğinde düşük bir seviyeye sahiptir. Elektrikli araçlar park edildiğinde uzun süre kullanılmadıklarında bile enerji kaybını minimize eder, böylece kullanıcılar araçlarını daha uzun süre depolayabilirler. Aynı zamanda, lityum iyon piller diğer geleneksel pil teknolojilerine göre daha hafiftirler. Bu, aracın toplam ağırlığını azaltarak performansı artırır ve daha iyi enerji verimliliği sağlar.

Birçok elektrikli aracın batarya paketleri, lityum iyon pilleri düzenli olarak içerir ve genellikle aracın altına monte edilir. Bu batarya paketleri, elektrikli araçların menzilini, performansını ve güvenliğini etkileyen önemli bir bileşendir.

Lityum iyon piller şu anda revaçta olan pil türüdür. Gelişim bir hayli hızlı ki yarın bu pillerin hiçbir işe yaramadığına tanık olabiliriz. Kimyacılar ve mühendisler performansı ve güvenirliliği daha yüksek pil çeşitleri ortaya koyabilir. Şu an da bu pilin en büyük sıkıntısı ve müşterilerin endişelendiği güvenlik durumları mevcut. Aracın pili durduk yerde yanma tehlikesi taşıyor. Bu alıcılar için ekstra bir önyargı. Öte yandan bu pil türü nadir değerli mineraller içerdiği için maliyet anlamında elektrikli araçların önünü tıkayan dezavantajlardan biri.

Lityum polimer

(Li-po) piller, esnek ve düşük profilli bir pil türüdür. İnce ve hafif cihazlarda, taşınabilir elektroniklerde ve bazı özel elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılır. Ancak, enerji yoğunluğu ve çevrim sayısı lityum iyon pillere göre daha düşüktür. Lityum iyon piller, güvenlik ve enerji yoğunluğu avantajları sayesinde daha yaygın olarak tercih edilir ve lityum polimer pillerin yerini almıştır.

Nikel-Metal Hidrit (NiMH) Piller

lityum iyon pillere kıyasla enerji yoğunluğu açısından daha düşük bir performansa sahip olsa da, özellikle önceki nesil elektrikli araçlarda kullanılmıştır. Günümüzde pek yaygın değiller, ancak bazı hibrit araçlarda veya özel uygulamalarda kullanılmaya devam edebilirler. Bu piller, lityum iyon piller kadar yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmasa da, daha düşük maliyetleri ve daha az çevresel etkiye sahip olmaları nedeniyle bazı kullanımlarda tercih edilebilirler.

Kurşun Asit (Lead Acid) Piller

Elektrikli araçların çok eski nesillerinde kullanılmışlardır, ancak günümüzde modern elektrikli araçlarda pek tercih edilmemektedir. Ağırlık ve düşük enerji yoğunluğu nedeniyle, lityum iyon piller gibi daha yeni teknolojiler, elektrikli araçlarda genellikle tercih edilen pil seçeneğidir. Kurşun Asit piller, günümüzde genellikle otomotiv endüstrisinde kullanılmazlar ve daha verimli, hafif ve çevre dostu alternatiflerle değiştirilmişlerdir.

Gelecekte Neler Gerçekleşir?

Gelin, şimdi bu önemli teknolojinin gelecekteki gelişmelerine bir göz atalım. Elektrikli araçlar için en önemli hedeflerden biri, bataryalardaki enerji yoğunluğunu artırmaktır. Daha fazla enerjiyi daha küçük bir hacimde depolayabilen yeni nesil lityum-iyon bataryalar, elektrikli araçların menzilini ve performansını büyük ölçüde artırma potansiyeline sahiptir. Bu gelişmeler, elektrikli araçların daha uzun yolculuklar yapmasına ve daha yüksek performans sergilemesine olanak tanırken, kullanıcıların araçlarına olan güvenini artırıyor.

Gelecekteki batarya teknolojileri aynı zamanda süper şarj özelliklerini de içeriyor. Bataryaların daha hızlı ve verimli bir şekilde şarj edilmesini sağlayan süper şarj teknolojileri, elektrikli araç sahiplerine büyük kolaylık sağlayacak. Daha kısa süre içinde bataryalarını dolduran sürücüler, yolculukları sırasında kısa molalar vererek bataryalarını şarj edebilecekler. Bu da elektrikli araçların günlük kullanımını daha da yaygınlaştırarak, toplumun çevre dostu bir geleceğe geçişini hızlandıracaktır.

Batarya teknolojilerindeki diğer bir önemli gelişme de yenilikçi malzemelerin kullanılmasıdır. Grafen, lityum-sülfür ve lityum-hava gibi malzemeler, mevcut bataryalara kıyasla daha hafif ve daha verimli olma özelliklerine sahiptir. Bu yenilikçi malzemelerin kullanılması, batarya maliyetlerini düşürerek elektrikli araçların daha ekonomik hale gelmesine katkı sağlayacak ve aynı zamanda üretim süreçlerini daha çevre dostu hale getirecektir.

Bir diğer önemli unsurlardan biri de gelişmiş şarj altyapısıdır. Gelecekteki elektrikli araç batarya teknolojilerinin yaygınlaşması için uygun ve etkin şarj altyapısına ihtiyaç vardır. İleri teknoloji şarj istasyonları, hızlı ve güvenilir şarj olanağı sunarak elektrikli araç sahiplerine büyük kolaylık sağlayacaktır. Hatta kablosuz şarj teknolojilerinin geliştirilmesi sayesinde, araçlar şarj etmek için kablo bağlamaya dahi gerek kalmadan şarj edilebilecektir.

Son olarak, bataryaların geri dönüşümü ve ikinci hayat verilmesi de çevresel sürdürülebilirlik açısından büyük önem taşır. Bataryaların ömrünü tamamladıktan sonra geri dönüştürülmesi, içerdikleri değerli malzemelerin tekrar kullanılmasını sağlayarak kaynak israfını önler ve çevre için olumlu bir etki yaratır. Geri dönüşüm süreçleri sayesinde, kullanılmış bataryaların çeşitli alanlarda enerji depolama gibi farklı amaçlar için kullanılması mümkün hale gelecektir.

Pillerin Geri Dönüştürülmesi

Elektrikli araçlar, otomobil pazarı için nispeten yeni bir teknoloji olması sebebiyle, yalnızca bir kısmı kullanım ömürlerinin sonuna yaklaşmıştır. Ancak elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte, pil geri dönüşüm pazarının genişlemesi beklenmektedir.

Pil geri dönüşümü, pilin hem kullanım ömrünün sonunda hem de üretimi sırasında tehlikeli atıkların çevreye yayılmasını engelleyerek çevre dostu bir yaklaşımı temsil eder. Malzeme geri kazanımı sayesinde, pilde bulunan kritik malzemeler yeniden tedarik zincirine dahil edilir ve böylece bu malzemeler için yerel kaynaklar artar. Özellikle lityum-iyon ve diğer türdeki pillerin kullanım ömrü üzerindeki etkileri azaltan pil geri dönüşüm süreçleri üzerine çalışmalar devam etmektedir. Ancak tüm geri dönüşüm süreçleri aynı olmadığından, malzeme geri kazanımı için farklı ayrıştırma yöntemleri uygulanır.

Eritme, pil geri dönüşümünde yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu işlem, pildeki temel elementleri veya tuzları geri kazandırır. Eritme işlemleri, lityum-iyon ve nikel-metal hidrit gibi farklı pillerden elde edilen malzemeleri kabul edebilen büyük ölçekli tesislerde gerçekleştirilir. Eritme sırasında, organik malzemelerin yakıt veya indirgeyici olarak yüksek sıcaklıklarda yakılmasıyla değerli metaller geri kazanılır ve ürün rafinasyona gönderilir. Lityum gibi diğer malzemeler ise, artık beton katkı maddesi olarak kullanılan cürufta bulunur.

Doğrudan geri kazanım, pil sınıfı malzemelerin doğrudan geri kazanıldığı bir başka önemli yöntemdir. Bu süreç, düşük sıcaklıkta minimum enerji gerektiren fiziksel ve kimyasal işlemleri içerir.

Ara süreçler ise, iki yöntem arasında bir geçiş sağlar. Birden fazla türdeki pilleri kabul edebilir ve malzemeleri üretim zinciri boyunca ergitmeden daha fazla geri kazanım olanağı sunar.

Farklı türden pil malzemelerinin ayrılması, genellikle yüksek değerli malzemelerin geri kazanımında bir zorluk oluşturur. Bu nedenle, elektrikle çalışan araçların sürdürülebilirlik açısından başarılı olabilmesi için, pil tasarımı aşamasında sökme ve geri dönüşümü kolaylaştıracak özelliklerin dikkate alınması önemlidir. Ayrıca, pillerin, malzemelerin ve hücre tasarımının standartlaştırılması, geri dönüşüm süreçlerini daha kolay ve maliyet etkin hale getirecek ve sürdürülebilirlik açısından önemli bir adım olacaktır.

Bu yazıdan https://www.caranddriver.com/features/a43093875/electric-vehicle-battery/ faydalanılmıştır.

Elektrikli Araç Şarj Seviyeleri