Bir Ons Önlem, Bir Pound Tedaviden Daha Değerlidir – EIS’in EV Batarya Sağlığını İyileştirmede Kullanımı

Elektrikli araçlar (EV’ler) son birkaç yılda büyük ilgi görmektedir, bu da temiz enerjiye ve sürdürülebilir ulaşımına küresel geçişten kaynaklanmaktadır.

Egzozdan sıfır emisyon ürettikleri için EV’ler, benzin ve dizel muadillerine göre çevreye çok daha az zarar verir. Bu da EV’leri, küresel emisyonların yaklaşık altıda birini oluşturan karayolu taşımacılığını karbonsuzlaştırmak için kilit bir teknoloji haline getirir.

Ayrıca içten yanmalı araçlara göre daha düşük işletme ve bakım maliyetlerine sahiptirler, bu da onları çok daha verimli ve uygun fiyatlı kılar.

Bu bağlamda, EV’lerin popülaritesi ve benimsenmesi önemli ölçüde artıyor; 2023’te satılan araçların neredeyse beşte biri elektrikli. 2020’de 10 milyon sınırını aşmasının ardından, geçen yıl yollardaki elektrikli araç sayısı 40 milyona ulaştı.

2023 yılında yalnızca elektrikli araç satışları neredeyse 14 milyon oldu ve bunların %95’i Çin, Avrupa ve ABD’de gerçekleşti. Bu genişleme sonucunda, EV’ler dünya çapında yeni araç satışlarının yaklaşık %20’sini oluşturuyor ve 2030 yılına kadar %50’ye yükselmesi bekleniyor.

Tek bir EV tipi yok; aksine, birkaç çeşit bulunmaktadır:

• Batarya Elektrikli Araçlar (BEV’ler)
• Plug-In Hibrit Elektrikli Araçlar (PHEV’ler)
• Hibrit Elektrikli Araçlar (HEV’ler)
• Yakıt Hücresi Elektrikli Araçlar (FCEV’ler)

Bunlar arasında, batarya ile çalışan EV’ler en yaygın olanıdır ve 2023’te elektrikli araç stokunun %70’ini oluşturmuştur.

BEV’ler tamamen elektrikle çalışır ve dış kaynaklardan şarj edilebilir. Hibrit ve plug-in hibrit araçlara göre daha verimlidirler.

Bataryalar EV’lerin enerji kaynağı olduğundan, bir elektrikli aracın en önemli bileşenidir. İçten yanmalı motorların yerini alarak, batarya EV’leri kirliliği önemli ölçüde azaltabilir, rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir kaynakların entegrasyonuna yardımcı olabilir ve sürdürülebilirliği sağlayabilir.

EV’lerde bataryaların durumu performanslarını belirler. Kilowatt-saat cinsinden ölçülen batarya kapasitesi, bataryanın ne kadar enerji depolayabileceğini ve elektrikli aracın tek bir şarjla ne kadar yol alabileceğini gösterir.

Bataryadaki enerji yoğunluğu ne kadar yüksekse, şarj başına menzil o kadar uzun olur. Ayrıca, hızlı şarj EV sahiplerinin araçlarını çabucak yeniden doldurabilmeleri için gereklidir.

Şu anda EV’ler, en yaygın olan lityum-iyon dahil olmak üzere çeşitli bataryalar kullanıyor. Kurşun asit bataryalar, özellikle ABD’de maliyet etkinliği ve uzun hizmet ömrü nedeniyle popüler bir seçimdir; lityum-sülfür ise teorik şarj kapasitesini artırır.

Artan çevre bilinci ve devlet teşviklerinin yanı sıra, özellikle batarya teknolojisindeki ilerlemeler EV’leri daha verimli ve uygun fiyatlı hâle getirerek elektrikli araç benimsenmesini yönlendiriyor.

Dolayısıyla, bataryalar EV’lerde ve daha geniş temiz enerji geçişinde kritik bir rol oynar; bu da onların ne kadar iyi çalıştığını ve hangi durumda olduğunu daha iyi anlamayı zorunlu kılar. Bunun için araştırmacılar, batarya durumunu yüksek hassasiyetle izleyen ve uzun vadede verimliliklerini ve istikrarlarını maksimize eden yeni bir teknoloji geliştirdi.

EV Bataryalarının Hassas Tanısı İçin Teknoloji

Kore Gelişmiş Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST) araştırmacıları, sadece düşük akım miktarları kullanarak EV bataryalarının durumunun doğru tanısı için bu yeni teknolojiyi geliştirdi; bu, verimli yönetim ve güvenli kullanım için hayati öneme sahiptir.

Bu gelişme, KAIST tarafından geçen hafta duyuruldu ve Elektrik Mühendisliği Okulu’ndan Profesör Sang-Gug Lee ve Kyeongha Kwon liderliğindeki bir araştırma ekibinin elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknolojisini inşa ettiğini belirtti.

Bu EIS teknolojisi, elektrikli araçlardaki yüksek kapasiteli bataryaların performansını ve istikrarını artırmak için kullanılabilir.

Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, bir bataryadaki empedans büyüklüğünü ve değişikliklerini ölçen güçlü bir araçtır; bu sayede batarya verimliliği ve kayıpları değerlendirilebilir.

Batarya empedansı, batarya içinde akım akışına karşı gösterilen direncin basit bir ölçüsüdür. Bu müdahalesiz batarya arızasını önleme yöntemi, zayıflık ya da bozulmanın erken işaretlerini tespit eder ve bataryanın performansını ve durumunu inceler.

Bataryanın şarj durumu ve sağlığını değerlendirmek için önemli bir araç olan bu yöntem, ayrıca kimyasal ya da fiziksel değişiklikleri analiz edebilir, termal özellikleri tanımlayabilir, arızaların nedenini belirleyebilir ve batarya ömrünü tahmin edebilir.

Bununla birlikte, geleneksel EIS ekipmanları sadece pahalı olmakla kalmaz, aynı zamanda karmaşıktır; bu da kurulum, işletme ve bakımını zorlaştırır.

Ayrıca hassasiyet ve duyarlılık kısıtlamaları da vardır; bu, bataryaya birkaç amperlik akım bozulması uyguladığımızda önemli bir elektriksel stres yaratabileceği anlamına gelir. Bu da yangın ya da batarya arızası riskini artırır ve pratikte kullanımını zorlaştırır.

Bu sorunların tümünü çözmek için KAIST mühendislik ekibi, yüksek verimli EV bataryalarının durumunu ve sağlığını teşhis etmek amacıyla düşük akımlı bir EIS sistemi oluşturdu.

Bu yeni sistem, düşük akım bozulmaları (örneğin 10 mA) ile batarya empedansını doğru bir şekilde ölçebilir. Ölçüm sürecinde, yeni EIS teknolojisi termal etkileri ve güvenlik sorunlarını en aza indirir.

Bu sistemin bir diğer avantajı, büyük ve maliyetli bileşenlere olan ihtiyacı azaltmasıdır. Böylece araçlara kolayca entegre edilebilir.

Yeni EIS sistemi, farklı çalışma koşulları altında EV bataryalarının elektrokimyasal özelliklerini belirlemede başarısını kanıtlamıştır. Bu, çeşitli sıcaklıklar ve şarj durumu (SOC) seviyelerini içerir.

Sistemin EV’lerin batarya yönetim sistemi (BMS) içine kolay entegrasyonu, yüksek ölçüm doğruluğu ve geleneksel yüksek akımlı EIS yöntemlerine kıyasla azaltılmış karmaşıklık ve maliyet, onu EV’ler için gerçekten faydalı kılar.

Yazar ortak Profesör Kyeongha Kwon’a göre, sistem enerji depolama sistemleri (ESS) için batarya tanısı ve performans iyileştirmelerine de katkıda bulunabilir.

EV Batarya Durumu ve Güvenliği Alanındaki Diğer Gelişmeler

Bataryaların önemi göz önüne alındığında, araştırmacılar durumlarını daha iyi anlamanın farklı yolları üzerinde çalışıyorlar. Sonuçta, EV bataryalarının kapasitesi yaklaşık 6,5 yıl sürekli kullanımda %10 civarında azalıyor. Bu azalmanın nedeni aşırı şarj ve aşırı deşarj da dahil.

Geçen yıl, Michigan Mühendislik araştırmacılarından bir ekip bir formül oluşturdu; bu formül bataryayı sökmeden teşhis ve izleme imkanı sağlar. Formül, diğer fotonik ve elektronik cihazlara da uygulanabilir ve herhangi bir batarya malzemesi kombinasyonu için çalışır.

Araştırmacıların bataryaları incelemek için kullandığı bir yöntem, duvar prizinden gelen ancak çok daha zayıf bir zayıf alternatif akım uygulamaktır; bu akım bataryayı tarar. Bu süreçte, empedans, alternatif akımın frekansına ya da yön değiştirme hızına bağlı olarak değişir.

Ana ölçüt, empedansın frekansla nasıl değiştiğidir; bu, frekansın düşükten yükseğe taranmasıyla elde edilir. Bunu başarmak için batarya malzemeleri ile imzaları arasında bir ilişki kurulmalıdır. Ancak ekip, bu ilişkiyi tanımlamak için kendi formülünü geliştirdi. Birkaç frekansta empedans ölçüldükten sonra, formül geniş bir frekans aralığında empedansı frekans fonksiyonu olarak tahmin edebilir.

Ekip tarafından belirtilen formül, sadece birkaç deneysel veri noktası kullanarak malzeme empedansını göstermenin bir yolu olarak hizmet eder. Bu, çeşitli malzemelerle yapılan cihazların elektrik akışını modelleme sürecini basitleştirir ve malzemenin mikro yapısını önceden bilmeye gerek duymaz.

Ayrıca daha iyi katı elektrolitler tasarlamaya, bataryaların diğer bileşenlerinin empedans özelliklerini belirlemeye ve şarj ve deşarj sırasında daha güvenli ve verimli kontrol sağlayacak doğru batarya modelleri oluşturmaya yardımcı olabilir.

O dönemde ekip, formülü karışık malzemelerle katı hal elektrolitleri anlamak ve tasarlamak için kullanmayı planladıklarını belirtti; bu elektrolitler daha yüksek kapasite ve daha iyi güvenlik sağlayabilir.

Yapısal batarya tasarımı, malzemeler ve izleme sistemlerindeki ilerlemeler devam ediyor; bu gelişmeler iç kısa devreleri ve termal kaçışı önlemek için güvenlik önlemlerini artırdı. Bu bağlamda, araştırmacılar silikon bazlı anotların, özellikle anotta SiO parçacık dağılımının, döngü sırasında olumsuz etkileri kontrol ederken daha yüksek enerji yoğunluğuna ulaşmayı ve böylece güvenliği ve ömrü iyileştirmeyi hedefliyor.

Batarya tasarımı ve montajı söz konusu olduğunda, yapıştırıcılar da kritik bir bileşen olarak ortaya çıkıyor; bunlar batarya hücreleri ile soğutma sistemleri arasındaki termal arayüzü optimize ederek performansı artırma, çeşitli malzemeleri bağlayarak tasarım esnekliğini artırma, güvenlik için enerji yönetimini iyileştirme ve üretim süreçlerini sadeleştirerek maliyet tasarrufu sağlama gibi avantajlar sunar.

Araştırmacılar ve şirketler ayrıca batarya malzemesi keşfi ve üretimi için yapay zekayı kullanıyor. EV batarya teknolojisi son yıllarda önemli ölçüde ilerlemiş olsa da, malzeme, tasarım, menzil ve batarya yönetim sistemleri açısından hâlâ çeşitli sorunlar mevcuttur.

Bir EV’deki batarya yönetim sistemi (BMS), batarya performansını optimize ederek verimlilik, güvenlik ve uzun ömür sağlamayı amaçlar. Geleneksel batarya sağlık ve şarj tahminleri gelecekteki bozulmayı öngörmede yeterince doğru olmamış, bu da BMS için gerçek zamanlı verileri analiz eden ve batarya sağlık durumu (SOH) ve şarj durumu (SOC) tahminlerini kesinleştiren makine öğrenimi algoritmalarının geliştirilmesine yol açmıştır. BMS bu tahminleri batarya performansını optimize etmek için kullanır.

Küresel EV batarya üretim ve test pazarı aslında hızlı büyüyen bir alandır; 2023’te 1,9 milyar dolar değerindeydi. Bu pazarın önümüzdeki sekiz yılda %17,6’dan fazla bir CAGR ile büyüyerek 2032’de 7,8 milyar dolara ulaşması öngörülüyor.

Bu büyüme, artan EV benimsenmesi ve ardından gelen batarya üretimi, batarya kimyası, batarya güvenliği ve güvenilirlik gereksinimlerindeki teknoloji ilerlemeleri ve sürdürülebilirliğe ve karbon emisyonlarını azaltmaya artan odaklanma tarafından yönlendirilmektedir.

Birkaç ay önce, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) de duyurdu kritik batarya alanlarında araştırma, geliştirme ve dağıtımı ilerletecek projeler için 43 milyon dolar fon sağlandığını. Girişimin amacı, düşük maliyetli EV batarya üretiminde yenilikleri teşvik etmek, arızaları azaltmak, batarya güvenliğini iyileştirmek ve batarya malzemelerinin yerel tedarik zincirini güçlendirmektir.

Bu, ABD Ulusal Ulaşım Karbonlaştırma Yol Haritası ile uyumludur; bu yol haritası, 2050 yılına kadar ulaşım sektöründeki tüm emisyonları ortadan kaldırmayı ve güvenli ve verimli sıfır emisyonlu EV’leri güçlendirecek batarya teknolojilerini ilerletmeyi hedeflemektedir.

EV Batarya Yönetimini İlerleten Şirketler

Şimdi, EV batarya sağlığı teknolojisi, BMS sistemleri ve EIS gelişimlerinin kesişim noktasında çalışan ve EV pazarının sürdürülebilirliği ile batarya ömrü ve güvenliğinin optimize edilmesi için kritik olan şirketlere bir göz atalım.

Elon Musk’ın Tesla (TSLA ) en önde gelenlerinden biridir ve EV’ler için yüksek kapasiteli ve uzun ömürlü bataryalara derin bir şekilde yatırım yapmaktadır. Tesla hisseleri bu yıl %4,83 artış gösterdi ve piyasa değeri şu anda 830,7 milyar dolar.

Ardından, EV’ler için katı hal lityum-metal bataryaları geliştiren $3,24 milyar piyasa değerine sahip QuantumScape Corporation (QS ) ve $1,9 milyar piyasa değerine sahip Enovix Corporation (ENVX ) gelişmiş silikon-anot lityum-iyon bataryaları geliştiriyor. $11,18 milyar piyasa değerine sahip Albemarle Corporation (ALB ) önde gelen bir lityum üreticisidir ve batarya verimliliği ve güvenliğini artırmaya katkıda bulunmaktadır. QS, ALB ve ALB hisseleri bu yıl sırasıyla %6,47, %34,14 ve %13,14 düşüş göstermiştir.

Analog Devices (ADI ) 114 milyar dolarlık bir şirket olup hisseleri yılbaşından bu yana %15,67 artış gösterdi. Ayrıca EV bataryaları için batarya yönetim sistemi (BMS) çözümleri sunmaktadır.

Şimdi, bu yıl iyi performans gösteren bir başka ilgili şirkete daha derinlemesine bakalım.

General Motors Company

$59,2 milyar piyasa değerine sahip otomotiv devi, bu yıl hisselerinde güzel bir yükseliş yaşadı. 2024’ün iki aydan biraz fazlası kaldı, GM fiyatı %46,77 artarak 52,9 dolar seviyesinde işlem görüyor. EPS (TTM) 9,37 ve P/E oranı (TTM) 5,63, ayrıca %0,91 temettü getirisi var.

General Motors (GM ), otomobil, kamyon ve otomotiv parçalarının tasarımı, üretimi ve satışıyla birlikte, yazılım destekli hizmetler sunmaktadır. Ayrıca EV filoları için batarya teknolojisi, güvenliği ve performansında ilerlemeler öncülük etmektedir, Ultium platformu aracılığıyla.

“Tam boyutlu kamyon işimizle rekabet eden ölçek ekonomileriyle, çok daha az karmaşıklık ve daha fazla esneklik sunan çok markalı, çok segmentli bir EV stratejisi.”

Son bir toplantıda, Barra Ultium batarya markasının artık kullanılmayacağını duyurdu ancak EV satışlarının artacağını belirtti. GM’nin EV serisi Chevy Equinox ve Blazer, GMC Hummer EV, Cadillac Lyriq ve Cadillac Celestiq modellerini içeriyor.

GM batarya hücresi başkan yardımcısı Kurt Kelty ise, Ultium’un yeni nesil EV modellerinin lansmanında önemli bir rol oynadığını kabul etti ve şunu belirtti:

“(Şirketin) tek beden herkese uyan yaklaşımdan, yeni programlara özgü bataryalara geçişi.”

GM şu anda daha iyi performans taleplerini karşılamak için çeşitli batarya kimyalarına yöneliyor.

Otomotiv şirketi ayrıca Michigan’da 2027’de açılacak bir batarya prototipleme merkezi inşa etmeyi planlıyor; bu, bataryaların geliştirilme süresini bir yıla kadar kısaltabilir.

Bu hafta, GM Q3 2024 finansallarını raporladı, bu rapor çeyrek gelirinin 49 milyar dolar olduğunu, yıllık %10 artış gösterdiğini ve düzeltilmiş otomotiv serbest nakit akışının 5,8 milyar dolar olduğunu ortaya koydu; bu, geçen yıla göre 900 milyon dolar artış demektir. Bu dönemde GM, 1 milyar dolar değerinde hisse geri alımı yaptı.

Şirket, ABD’de perakende pazar payının Q3’te büyüdüğünü, Çin’deki işletme ortamının ise zorlayıcı kaldığını gördü. Enflasyon baskıları nedeniyle garanti maliyetleri de arttı.

EV’ler konusunda, şirket bu yıl Kuzey Amerika’da 200.000 EV üretme hedefinde. İlerleme kaydedilirken, GM’nin EV işi hâlâ kârlılık elde etmeye çalışıyor ve EV zararlarında 2-4 milyar dolar arasında bir iyileşme bekliyor.

Sonuç

Temiz enerji geçişleri, hükümet politikaları, teşvikler ve endüstriyel stratejilerle hızla hızlandıkça, dünya elektrikli araçlara yöneldi. EV’lerin hızlı büyümesi, bataryaların hayati rolünü vurguluyor ve bu da yüksek verimlilik ve güvenlik gerektiriyor.

Daha fazla çalışma, şirket ve hükümet EV batarya tanılarını geliştirmeye odaklandıkça, daha uzun ömürlü bataryalar, daha güvenli tasarımlar ve verimli enerji depolama göreceğiz; bunların tümü EV’lerin yaygın benimsenmesi için kritik öneme sahiptir. Bu yenilikler, iddialı küresel iklim hedeflerine ulaşmaya da yardımcı olarak daha temiz ve sürdürülebilir bir geleceğe yol açabilir.

Yatırım yapabileceğiniz en iyi 10 EV hissesi listesi için buraya tıklayın.