Anotlu Olmayan Sodyum Katı Hal Pilleri ‘Lityum Üçgeni’ne Bağlılığı Azaltabilir

Pilleri Oluşturmanın Çoklu Yolları

Pil üreticileri, en iyi teknolojiyi üretmek için sürekli olarak yenilikler yapıyorlar. Son yıllarda, bu, her geçen gün büyüyen EV pazarını ve daha da hızlı büyüyen utility-scale pil pazarını ele geçirmenin teşvik edilmesi tarafından sürüklendi.

Lityum iyon teknolojisi üzerine inşa edilmiş piller, Li-iyon’un sorunlarını çözmek için bu tasarımdan öteye bakıyorlar: çok pahalı, nadir metaller kullanma, yangın riskleri vb.

Kaynak: Research Gate

Bu alternatiflerden biri sodyum iyonudur, bu da lityum yerine sodyum kullanır, ancak daha düşük enerji yoğunluğu maliyetiyle.

Başka bir alternatif ise katı hal pilleridir. Elektrolit ihtiyacını ortadan kaldırarak, daha yoğun olabilirler ve bu nedenle aynı EV performansı için daha azına ihtiyaç duyarlar. Katı hal pillerinin ayrıca çok daha hızlı şarj olması gerekir.

Daha cesur yaklaşımlar, yalnızca kimyayı değil, pilin kendisinin yapısını değiştirir. Özellikle, anotsuz piller bir pil parçasını tamamen ortadan kaldırır.

Araştırmacılar şimdi bu yaklaşımları birleştirmeye çalışıyorlar, özellikle dünyanın ilk anotsuz sodyum katı hal pilinin tasarımının yayınlanmasıyla.

Anotlu Olmayan Sodyum Katı Hal Pili

Nature Energy’de ”Anotlu Olmayan Sodyum Tüm Katı Hal Pili İçin Tasarım Prensipleri” başlığıyla yayınlanan araştırmacılar, California Üniversitesi ve Chicago Üniversitesi’nden, yalnızca katı hal pili yaratmakla kalmadılar, aynı zamanda lityum yerine sodyum kullandılar ve hatta anot bile kullanmadılar.

Sodyum Pili

Sodyum çok bol bir iyon, okyanusta virtually sınırsız miktarda bulunur, yer kabuğunda lityumdan 1.000 kat daha bol. Bu, lityum için çok iyi bir alternatif yapar.

Bu önemlidir, çünkü lityum EV patlaması nedeniyle birkaç sınırlamaya ulaşıyor:

• Çok pahalı, bu da elektrifikasyonu kendisi çok pahalı hale getiriyor.
• Çıkarılması çevreye zararlı.
• Çoğunlukla Çin’de rafine edilen birkaç yerde üretilir, bu da jeopolitik risklere neden olur.

Çok yaygın ve bol olduğu için, sodyumun da lityumun son yıllarda yaşadığı fiyat istikrarsızlığı ve kıtlığını yaşaması pek olası değildir.

Sorun, sodyum pillerinin genellikle lityum tabanlı pillerle rekabet edecek kadar yoğun olmaması, düşük fiyatlı EV modelleri dışında.

Anotlu Olmayan Piller

Normalde, bir pil anodu vardır, bu da pil şarj edilirken iyonları depolar. Ardından, pil enerji verdiğinde, iyonlar katota geri akar.

Anotlu olmayan piller ise, iyonları, alkali metalin elektrokimyasal bir depozitosu olarak, doğrudan akım kolektörüne depolar.

Bu, daha yüksek hücre gerilimi, daha düşük hücre maliyeti ve artan enerji yoğunluğu sağlar.

Kaynak: University Of Chicago

Anotlu olmayan bir tasarımda sorun, akım kolektörünün, sıvı elektrolitten bir depozit birikimine maruz kalması, bu da pili hasarlandırmasıdır.

Katı Hal Pilleri

Katı hal pilleri, özellikle çok yüksek yoğunluklu mobilite gerektiren uygulamalar için, uzun süredir pil tabanlı enerji depolamanın “son” şekli olarak bekleniyordu.

Elektroliti ortadan kaldırmak, toplam pil ağırlığını azaltır ve pili çok daha hızlı şarj ve deşarj eder.

Bu tasarımların sorunu genellikle, metalin şarj edilirken şişmesine neden olan katı bir sistemi yönetmektir.

Ayrıca, lityum iyon pillerinde olduğu gibi, kısa devre oluşturabilecek dendritlerin büyümesi her zaman arka planda bir sorun olarak kalır.

Anotlu Olmayan Sodyum Katı Hal

Anotlu olmayan bir tasarımda, ek bir sorun, klasik bir katı elektrolitin akım kolektörüyle düzgün bir şekilde etkileşime girememesidir.

Araştırmacılar, bu sorunu, katı bir sıvı gibi akabilen alüminyum tozu kullanarak çözdüler.

Kaynak: University Of Chicago

Çoklu Faydalar

Katı bir alüminyum elektroliti, ayrıca dendritlerin oluşumunu engeller, bu da katı hal pillerinin çok kısa ömürlü olmasının ana nedenidir.

Ayrıca, kararlı bir arayüz sağlar ve bazı sodyum iyonlarının akıma erişilemez olmasını önler, bu da pil kapasitesini azaltırdı.

Son olarak, yüksek enerji yoğunluğu sağlar, bu anotsuz sodyum katı hal pili için farklı seçenekler 200-400Wh/kg yoğunluğunda değişir.

Kaynak: University Of Chicago

Bu, lityum tabanlı katı hal pillerine göre biraz daha düşük olsa da, halen kullanılan pillerden çok daha güçlüdür. Daha ucuz malzemelerin ekonomisiyle birleştirildiğinde, sodyum ve alüminyumun lityum, kobalt ve nikelin yerini almasıyla birlikte, bu bir kazan-kazan kombinasyonu olabilir.

Birleştirmenin Gücü

Hatta birkaç yıl önce, sodyum pilleri veya anotsuz piller fikri, birçok kişinin ticari bir aşamaya ulaşacağından şüphelendiği bir kavramdı. Aynı şey, katı hal pilleri için de söylenebilir.

Bu, her bir kategori için ve ayrıca keşfettiğimiz diğer potansiyel kimyasallar ve tasarımlar için hızla değişiyor.

Görünüşe göre, araştırmacılar şimdi bu artık kanıtlanmış pil kavramlarına bakmaya ve onları birleştirmeye başlıyorlar.

Şaşırtıcı bir şekilde, bu, her bir fikrin bireysel sınırlamalarını aşmalarına yardımcı olabilir.

Bu örnekte, hem katı hal pillerinin dendrit sorunları hem de anotsuz tasarımın akım kolektöründe biriken depozit sorununu, alüminyum tozu kullanarak çözüyorlar.

Alüminyum tozu, anotsuz bir tasarımda tek başına, vẫn çok düşük yoğunluk verecektir.

Alüminyum tozu, katı hal pillerinde, sodyum kullanmadan đủ ucuz olmayacaktır.

Sodyum alone, ucuz ama mobilite gereksinimini karşılayacak kadar yoğun değil.

Görünüşe göre, farklı tasarım öğelerini birleştirmek, hem avantajlarını bir araya getirmelerine hem de bireysel sorunlarını ortadan kaldırmasına veya en azından azaltmasına yardımcı olabilir, bu da önceden düşünülenden çok daha büyük bir gelecek fırsatları seti yaratır.

Sodyum Pili Şirketleri

1. CATL

CATL, pil üretimi konusunda küresel liderdir ve küresel pil hacminin yarısından fazlasını üretmektedir. Şirket, pil üretimi tedarik zincirinin her aşamasında mevcuttur ve pil teknolojisi konusunda liderdir.

Bu, lityum iyon pilleri için doğrudur, burada şirket uzun süredir liderdir. CATL, ayrıca diğer birçok pil türünde de etkileyici ilerleme kaydetmiştir:

• 12.000 döngü ultra uzun ömürlü bir pil, utility-scale enerji depolama için, 18.000 döngü uzun vadeli hedef olarak.
• 700km LFP (Lityum Ferrum Fosfat) pili, 10 dakikada 400km menzil şarjı.
• 500 Wh/kg, yolcu uçaklarının elektrifikasyonunu mümkün kılabilir.
• 160Wh/kg sodyum iyon pillerinin seri üretimi, 200 Wh/kg hedefi.

Kaynak: CATL

Şirket, utility-scale pil pazarına da aktif olarak giriyor, TENER sistemi performansını duyuruyor. Bu, “Beijing, Çin’de ilk beş yıl içinde hiç bozulma olmadan kullanılan dünyanın ilk seri üretime uygun enerji depolama sistemi”dir.

Compact Space’de Muazzam Enerji: 20 feet konteynerde 6.25 MWh Kapasite

Yüksek teknoloji ve aşırı üretim yetenekleri ile CATL, zero-bozulma pillerinde lityum metallerinin neden olduğu sorunları çözdü, bu da oksidasyon reaksiyonlarından kaynaklanan termal kaçakları etkili bir şekilde önledi.

CATL, Çin’de pil geri dönüşüm kapasiteleri için 3,25 milyar dolar yatırım yaptı. CATL, özellikle nikel, kobalt, manganez için %99,6 ve lityum için %91 gibi etkileyici bir geri kazanım oranına ulaştı.

Ölçek, odak ve Ar-Ge başarıları sayesinde, CATL, pil inovasyonu, üretimi ve geri dönüşümünde ön saflarda olmayı sürdürecek gibi görünüyor. Bu, CATL’yi, Tesla, NIO, Ford, Stellantis gibi EV üreticileri için önemli bir ortak haline getiriyor.

2. BYD

EV pazarında uzun süredir Tesla’nın rakibi olan BYD, artık yalnızca Tesla’nın değil,几乎 tüm otomobil üreticilerinin ciddi bir rakibi haline geldi.

Şirket, telefon pil tedarikçisi olarak başladığı yolculuğunda Çin’de (dünyanın en büyük EV pazarı) Tesla’dan neredeyse aynı sayıda EV satan ve Tayland, İsveç, Avustralya, Yeni Zelanda, Singapur, İsrail ve Brezilya’da en çok satan EV olan bir şirket haline geldi.

BYD, Çin’in 2023’te Japonya’yı geçerek dünyanın en büyük otomobil ihracatçısı haline gelmesinin önemli bir nedenidir. Şirketin yeni fabrikalarla Macaristan’da gibi yeni fabrikalarla desteklenen agresif dış expansiyonu, BYD EV’lerini yeni pazarlara taşıyor.

Ve $10.000-$12.000’lık arabalar gibi Seagul’un piyasaya sürülmesiyle, sodyum piller kullanan, BYD EV’leri için yeni bir pazar açılabilir.

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

Hala temelde bir pil üreticisi olan BYD, LFP pil pazarında CATL’ye ciddi bir rakip, Çin’de %41,1’lik bir paya sahip (CATL’nin %33,9’u).

Avrupa ve Amerika pazarlarına ucuz EV’lerin “seli” muhtemelen bazı korumacılık önlemleriyle karşılaşacaktır (son olarak uygulanan gümrük vergileri dahil), bu da BYD’nin büyümesini engelleyebilir.

Ancak aynı zamanda, ucuz Çin EV’leri, yerli otomobil üreticilerinin korunmasına gerek olmayan, Güney Amerika, Rusya, Afrika, Orta Doğu ve Güneydoğu Asya’nın tamamı da dahil olmak üzere dünyanın geri kalanında already büyük bir başarı elde etti.

Bu, BYD için milyarlarca potansiyel müşteri anlamına geliyor, bu müşteriler, hem Batı ile hem de Çin ile iyi ilişkiler kurmak isteyen, yerli otomobil endüstrisinin korunmasına gerek olmayan ülkelerde yaşıyor.

Bu nedenle, BYD’nin, yerel EV üreticilerinin fiyatlarına göre çok daha ucuz fiyatlarla, AB veya ABD’de bile rekabetçi kalması muhtemeldir, ayrıca Çin dışında, Doğu Avrupa, Meksika veya Türkiye’de gibi bu pazarlar için üretimini yerelleştirebilir.