Enerji

Anotsuz Sodyum Katı Hal Pilleri, Lityum Üçgeni’ne Bağımlılığı Azaltabilir

mm
Yayınlandı
Güncellendi
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Açıklama: Securities.io, incelediğimiz ürünlerin bağlantılarını kullandığınızda ücret alabilir. Bu, editoryal değerlendirmelerimizi etkilemez. Kayıtlı bir yatırım danışmanı değiliz; bu bir yatırım tavsiyesi değildir. Bağlı kuruluş açıklamamızı okuyun.

Bir Pil Yapmanın Birçok Yolu

Pil üreticileri daha iyi teknolojiler geliştirmek için sürekli yenilik yapıyor. Son yıllarda bu yarışın önemli itici güçleri büyüyen elektrikli araç pazarı ve hızla gelişen şebeke ölçekli enerji depolama pazarı oldu.

Lityum iyon pillerin maliyet, belirli hammaddelere bağımlılık ve yangın riski gibi sınırlamalarını azaltmak için farklı kimyalar ve tasarımlar araştırılıyor.

Bu alternatiflerden biri sodyum iyon olup, lityum yerine sodyum kullanır ancak daha düşük enerji yoğunluğu maliyetine sahiptir.

Bir başka seçenek katı hal pilleridir. Sıvı elektrolit yerine katı elektrolit kullanırlar. Bazı tasarımlar daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha hızlı şarj potansiyeli sunar; ancak bu avantajlar her katı hal pilinde otomatik olarak gerçekleşmez.

Daha farklı yaklaşımlar yalnızca kimyayı değil, pilin yapısını da değiştirir. Anotsuz tasarımlarda hücre üretilirken ayrı bir aktif anot malzemesi bulunmaz; metal anot şarj sırasında oluşur.

Araştırmacılar bu yaklaşımları birleştirmeyi de inceliyor. Yakın zamanda yayımlanan bir çalışma, anotsuz ve tamamen katı hal yapısına sahip bir sodyum pili tasarımı sundu.

Anotsuz Sodyum Katı Hal Pili

Nature Energy dergisinde “Anotsuz ve tamamen katı hal yapısına sahip bir sodyum pilini mümkün kılan tasarım ilkeleri” başlığıyla yayımlanan araştırmada, Kaliforniya Üniversitesi San Diego ve Chicago Üniversitesi ekibi, lityum yerine sodyum kullanan ve üretim aşamasında ayrı bir aktif anot malzemesi gerektirmeyen bir katı hal pili geliştirdi.

Sodyum Pili

Sodyum, denizlerde ve yer kabuğunda bol bulunan bir elementtir. Yer kabuğundaki bolluğu lityumun yaklaşık 1.000 katıdır. Bu durum onu bazı pil uygulamalarında lityuma alternatif yapar.

Elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte lityuma ilişkin şu sorunlar önem kazandı:

  • Fiyat dalgalanmaları pil maliyetlerini etkileyebilir.
  • Madencilik ve işleme faaliyetleri çevresel etkilere yol açabilir.
  • Üretim ve özellikle rafinajın belirli ülkelerde yoğunlaşması tedarik ve jeopolitik riskler yaratabilir.

Sodyumun bolluğu hammaddeye erişim baskısını azaltabilir. Bununla birlikte işlenmiş pil malzemelerinin maliyeti ve tedariki yalnızca elementin doğadaki bolluğuna bağlı değildir.

Sodyum iyon pillerin önemli bir sınırlaması, mevcut lityum iyon seçeneklerine göre genellikle daha düşük enerji yoğunluğudur. Bu nedenle özellikle düşük maliyetli araçlarda ve sabit depolamada ilgi görüyorlar.

Anotsuz Pil

Geleneksel bir hücrede anot, şarj sırasında iyonları depolar. Pil enerji verirken iyonlar yeniden katoda doğru hareket eder.

Anodssuz piller ise iyonları, akım toplayıcı üzerine doğrudan alkali metalin elektrokimyasal birikiminde depolar.

Ayrı bir anot malzemesinin kaldırılması hücre maliyetini azaltabilir ve enerji yoğunluğunu artırabilir. Hücre gerilimi ise kullanılan elektrot kimyasına bağlıdır.

Anotsuz tasarımlarda metalin akım toplayıcı üzerine düzgün biçimde birikmesi ve daha sonra yeniden çözünmesi önemlidir. Sıvı elektrolitle gerçekleşen yan tepkimeler ve düzensiz birikim hücrenin ömrünü kısaltabilir.

Katı Hal Pil

Katı hal pilleri, özellikle yüksek enerji yoğunluğu gerektiren taşınabilir uygulamalar için uzun süredir araştırılıyor. Ancak bunlar tüm enerji depolama ihtiyaçları için tek ve nihai çözüm değildir.

Sıvı elektrolitin katı bir malzemeyle değiştirilmesi bazı tasarımlarda güvenliği ve enerji yoğunluğunu artırabilir. Şarj ve deşarj hızı ise malzemelere ve arayüz özelliklerine bağlıdır.

Bu tasarımlardaki sorunlardan biri, şarj sırasında metalin hacmi değişirken elektrot ile katı elektrolit arasındaki temasın korunmasıdır.

Dendrit denen metal uzantılarının oluşması da kısa devreye ve hücre hasarına yol açabilir. Katı elektrolit kullanılması bu riski kendiliğinden ortadan kaldırmaz.

Anotsuz Sodyum Katı Hal Tasarımı

Anotsuz bir katı hal hücresinde ek bir zorluk, akım toplayıcı ile katı elektrolit arasında yeterince iyi temas sağlamaktır.

Araştırmacılar akım toplayıcıyı alüminyum tozundan yaptı. Toz, katı parçacıklardan oluşmasına rağmen işleme sırasında sıvı gibi akarak temas yüzeyine uyum sağlayabilir.

Birçok fayda

Alüminyum burada elektrolit değil, akım toplayıcıdır. Tasarım, sodyumun daha düzgün birikmesini ve kararlı bir arayüz oluşmasını amaçlar; bunlar hücre ömrünü sınırlayan sorunların azaltılmasına yardımcı olabilir.

Kararlı temas, elektriksel olarak yalıtılmış ve artık kullanılamayan sodyum oluşumunu azaltarak kapasitenin korunmasına yardımcı olabilir.

Çalışmada farklı hücre tasarımları için 200–400 Wh/kg aralığında enerji yoğunluğu potansiyeli ele alınıyor. Bunlar tüm ticari sodyum pillerinin bugün ulaştığı değerler olarak okunmamalıdır.

Bu aralık bazı lityum metal katı hal tasarımlarının altında olsa da sodyum tabanlı hücreler için ilgi çekicidir. Bol bulunan sodyum ve alüminyumun kullanılması maliyet avantajı sağlayabilir. Ancak gerçek hücre maliyeti ve performansı, tasarımın bütününe bağlıdır.

Kombinasyonun Gücü

Sodyum iyon, anotsuz ve katı hal pil tasarımlarının ticari olgunluk düzeyleri birbirinden farklıdır. Son yıllarda hepsinde ilerleme sağlanmış olsa da araştırma prototipleriyle seri üretim ürünlerini ayırmak gerekir.

Bu gelişmeleri ve başka pil kimyalarını “Enerji Depolamanın Geleceği – Şebeke Ölçekli Pil Teknolojisi” ve “Mobilitenin Geleceği – Pil Teknolojisi”.

Araştırmacılar farklı pil kavramlarını birleştirerek yeni tasarımları sınamaya başlıyor.

Bu yaklaşım, tek tek tasarımların bazı sınırlamalarını aşmaya yardımcı olabilir.

Bu örnekte alüminyum tozundan oluşan akım toplayıcı, anotsuz katı hal hücresinde temas ve sodyum birikimi sorunlarını azaltmak için kullanılıyor.

Enerji yoğunluğu yalnızca alüminyum tozuna değil, katot malzemesine, elektrolite ve hücrenin bütün yapısına bağlıdır.

Maliyet de yalnızca sodyum veya alüminyum seçimiyle belirlenmez; üretim süreçleri ve diğer bileşenler önemlidir.

Sodyumun düşük hammadde maliyeti avantajdır; düşük enerji yoğunluğu ise özellikle uzun menzilli araçlar için bir sınırlama olabilir.

Görünüşe göre farklı tasarım öğelerini birleştirmek, kendi avantajlarını bir araya getirirken bireysel sorunlarını da ortadan kaldırabilir veya en azından hafifletebilir; bu da yenilikçi pil kimyaları için daha önce düşünülenden çok daha geniş bir gelecek fırsatları seti yaratır.

Sodyum Pil Şirketleri

1. CATL

CATL küresel elektrikli araç pili pazarının önde gelen üreticilerindendir. Şirketin açıkladığı verilere göre 2023’te küresel kullanım hacmindeki payı %36,8’di; bu, tüm pil üretiminin yarısından fazlasını yaptığı anlamına gelmez. Şirket, pil tedarik zincirinin birçok aşamasında faaliyet gösterir.

CATL, lityum iyon pillerin yanı sıra başka pil teknolojilerinde de gelişmeler duyurdu:

Kaynak: CATL

Şirket, TENER sistem performansını duyurarak şebeke ölçekli pil pazarında aktifleşiyor. Bu, “ilk beş kullanım yılında kapasite kaybı yaşanmadığı şirket tarafından belirtilen, seri üretime uygun enerji depolama sistemi”.

Kompakt Alanda Yüksek Enerji: 6,25 MWh Kapasiteli 20 Fitlik Konteyner

CATL, geliştirdiği teknolojiler ve üretim süreçleriyle kapasite kaybını ve termal kaçak riskini azaltmayı hedeflediğini belirtiyor. Bunlar şirketin ürün iddialarıdır; hiçbir pil sistemi tüm arıza risklerinden arınmış değildir.

CATL, Çin’de pil geri dönüşüm kapasitesine 3,25 milyar dolarlık yatırım açıkladı. Şirketin açıkladığı geri kazanım oranları nikel, kobalt ve manganez için %99,6; lityum için %91.

Ölçeği ve Ar-Ge çalışmaları CATL’yi pil yenilikleri, üretimi ve geri dönüşümünde önemli bir oyuncu yapıyor. Şirket Tesla (TSLA ), NIO, Ford ve Stellantis gibi elektrikli araç üreticilerinin tedarikçileri arasında bulunuyor.

2. BYD

Elektrikli araç pazarında uzun süredir Tesla’nın rakibi olan BYD, birçok otomobil üreticisi için önemli bir rakip haline geldi.

Şirket telefon pili tedarikçiliğinden büyüyerek Çin’de ve çeşitli dış pazarlarda güçlü satışlara ulaşan bir elektrikli araç üreticisine dönüştü.

BYD’nin büyümesi, Çin’in 2023’te Japonya’yı geçerek en büyük otomobil ihracatçısı olmasında rol oynadı. Şirket yurt dışındaki genişlemesini yeni fabrikalarla da destekliyor; Macaristan’daki fabrika buna bir örnek.

Seagull gibi Çin’de yaklaşık 10.000–12.000 dolar fiyat aralığında sunulan modeller BYD’ye yeni müşteriler kazandırabilir. Ancak Seagull’un satışa sunulan modeli sodyum pili değil, BYD’nin LFP kimyasına sahip Blade pilini kullanır.

Kaynak: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

Temelde bir pil üreticisi olan BYD, Çin’de %41.1 pazar payı (CATL’nin %33.9’una kıyasla) ile LFP pil pazarında CATL’ye ciddi bir rakip.

BYD’nin düşük fiyatlı elektrikli araçlarının Avrupa ve Amerika pazarlarına girişi, ek gümrük vergileri ve başka korumacı önlemlerle karşılaşabilir. Bu durum büyümeyi sınırlayabilir.

Öte yandan Çinli elektrikli araç üreticileri Güney Amerika, Afrika, Orta Doğu ve Güneydoğu Asya gibi bölgelerde de büyüme fırsatları arıyor. Her ülkenin yerel sanayisi ve ticaret politikası farklıdır.

Bu bölgeler büyük bir potansiyel müşteri tabanı sunar. Ancak nüfusun büyüklüğü satışları garanti etmez; gelir düzeyi, şarj altyapısı ve ticaret politikaları da belirleyicidir.

BYD, bazı pazarlarda fiyat avantajı ve yerel üretim sayesinde rekabetçi kalabilir. Doğu Avrupa, Meksika veya Türkiye gibi yerlerde üretim olasılıkları ve yatırımlar bu stratejide rol oynayabilir; sonuçlar maliyetlere ve düzenlemelere bağlıdır.

mm

Jonathan, genetik analiz ve klinik deneylerde çalışan eski bir biyokimyacı araştırmacıdır. Şu anda yenilik, piyasa döngüleri ve jeopolitik konulara odaklanan bir hisse senedi analisti ve finans yazarıdır ve yayınında 'The Eurasian Century'.