Soğuk İklimli EV’ler Araç Seçeneği Olabilir mi?

EV Benimseme Oranı Düşüyor

Elektrifikasyon, dünyayı ele geçiren bir trenddir. Bu, EV’ler için olduğu kadar ısıtma ve endüstriyel süreçler için de geçerlidir. Ancak, klasik lityum‑iyon pillerin soğuk sıcaklıklarda performansında ciddi bir düşüş yaşaması nedeniyle her şey henüz mükemmel değil. Bu nedenle, Kaliforniya veya Çin gibi EV benimsemesinin yoğun olduğu iki bölge için pek sorun teşkil etmese de, kuzey enlemlerinde ciddi bir sorun olabilir.

Yine de, Norveç’in komşularının durumu, Norveç benzeri büyük sübvansiyonlar olmadan benimsemenin bölgede %50’nin altında bir seviyeye ulaşabileceğini gösterebilir.

Kaynak: Roland Berger

Pil sistemleri soğukta performansı artırırsa, bölge ve benzer ülkeler BEV (Batarya Elektrikli Araçlar) oranında %100’e ulaşan ilk ülkeler arasında yer alabilir.

Şimdiye kadar, düşük sıcaklıklarda performansı artırma konusundaki ana umut, özellikle Çinli şirket CATL’nin kaydettiği sağlam ilerlemelerle birlikte sodyum‑iyon pillere dayanıyordu (ilgili rapor için bağlantıyı takip edin). Ancak yeni bir kavram, soğuk koşullara özel olarak uyarlanmış lityum‑iyon pillerin yolunu açabilir.

Bu, Çin’deki Donghua Üniversitesi, Fudan Üniversitesi, Qingdao Üniversitesi ve İç Moğolistan Üniversitesi’ndeki Çinli araştırmacılar tarafından incelendi. Son zamanlarda sonuçlarını Angewandte Chemie dergisinde “Negatif Termal Genleşme Davranışı, Düşük Sıcaklıklarda İyi Elektrokimyasal‑Enerji Depolama Performansını Sağlıyor” başlığıyla yayınladılar.

Lityum‑İyon Pillerin Soğukta Yaşadığı Sorunlar

Lityum‑iyon piller, bugün EV’ler için gereken ölçekte mevcut en güçlü ve enerji yoğunluğu yüksek pil türüdür. Bu, gelecekte katı hal pilleriyle değişebilir. Ya da bal peteği pilleri gibi geliştirilmiş lityum‑iyon piller, katı hal teknolojileri kadar verimli olabilir.

Ancak her iki durumda da soğuk hava performansı sorunu devam ediyor. Bunun nedeni, özellikle sıfırın altındaki sıcaklıklarda, soğuk havanın elektrot malzemesi içinde lityum iyonlarının difüzyonunu yavaşlatmasıdır. Şu an için bu, teknolojinin temel bir sınırı olarak kabul ediliyor ve lityum‑iyonun soğukta nasıl tepki verdiğinin fiziğiyle açıklanıyor.

EV’lerdeki tek alternatifler, pil enerjisini ısıtmak için kullanmak (güç israfı) ya da menzil kaybının kullanıcı için kabul edilebilir olacağı kadar büyük pil paketleri takmaktı. En azından şu ana kadar.

Negatif Termal Genleşme (NTE) Elektrotları

Araştırmacıların kullandığı temel kavram, elektrot malzemesi için negatif termal genleşme (NTE) adı verilen bir özelliği kullanmaktır. Bu malzemeler soğurken genleşir, yani çoğu malzemenin, özellikle metallerin ters yönünde davranır.

Günlük hayatta bir örnek su’dur; donarken genleşir ve buz, sıvı sudan daha az yoğun olur.

Testler, lityum titanyum fosfat LiTi2(PO4)3 (“LTP”) kullanılarak yapıldı.

LTP

Bu malzeme, TiO6 oktaedrleri ve PO4 tetraedrlerinden oluşan 3B bir kafes oluşturan kristal bir yapıya sahiptir. Bu, lityum iyonlarının yerleşebileceği “boşluklar” ve “kanallar” içeren açık, esnek bir yapı oluşturur.

Kaynak: Angewandte Chemie

Soğutulduğunda, kristal yapı bir kristal ekseni boyunca uzar. Bu, oksijen atomları arasındaki mesafeyi artırır ve kafesteki boşlukları genişletir.

Soğuk kristallerdeki daha büyük boşluk, lityum iyonlarının depolanmasını ve taşınmasını kolaylaştırır.

Güçlü Soğuk Performans

Boşlukların büyümesi, lityum iyonlarının daha düşük hareketliliğini tamamen ortadan kaldırmaz, ancak çok yardımcı olur. Araştırmacılar, -10 °C’de lityum iyonlarının difüzyon hızının 25 °C’de elde edilen değerin %84’ü olduğunu buldular. Ayrıca böyle bir pilin ne kadar verimli ve stabil olduğunu test ettiler.

Karbon kaplı LTP üzerinde -10 °C’de yapılan elektrokimyasal testler, yüksek kapasite ve yüksek oran yeteneği ile iyi bir elektrokimyasal performans gösterdi. Pil dayanıklılığı da yüksek olup, 1000 şarj/deşarj döngüsü boyunca tutma kapasitesinde önemli bir azalma görülmedi (%96,8 kapasite tutma).

Gelecek Uygulamaları

Bu yeni elektrot tipi, özel olarak tasarlanmış soğuk iklim EV’lerindeki potansiyeli açısından incelenmelidir.

Bu, Kanada, İskandinavya, Rusya, dağlık bölgeler gibi sert kışların olduğu bölgelerde çalışması gereken EV’ler için muhtemelen bir gereklilik olacaktır. En azından standart haline gelmesi ve sadece zengin sürücüler için hoş bir ek araç olmaktan çıkması gerekir.

Ayrıca, başka negatif termal genleşme elektrot malzemelerinin mevcut olması ve daha iyi elektrokimyasal özellikler göstermesi de mümkündür. Bu yüzden, ideal soğuk hava elektrot malzemesini bulmak için muhtemelen daha fazla araştırma yapılması gerekecek.

Uzun vadede, bu teknoloji uzay keşfinde de önemli uygulamalara sahip olabilir; yörüngede, Ay’da veya Mars’ta çalışan araçlar ve enerji depolama sistemleri, acımasız soğuk ortamda bile güçlü performans gerektirebilir.

İleri Pil Teknolojilerine Yatırım

Piller, fosil yakıtları enerji kaynaklarımızdan çıkarmayı hedefleyen çoklu trilyon dolarlık büyük bir çaba olan elektrifikasyon trendinin merkezindedir.

Birçok aracı kurum aracılığıyla pil ile ilgili şirketlere yatırım yapabilirsiniz ve burada, securities.io sitesinde, ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer birçok ülkedeki en iyi aracı kurumlar için önerilerimizi bulabilirsiniz.

Belirli pil şirketlerini seçmekle ilgilenmiyorsanız, Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’in Lithium & Battery Tech ETF (LIT) veya WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF gibi pil ETF’lerine de bakabilirsiniz; bu ETF’ler, büyüyen pil endüstrisinden faydalanmak için daha çeşitlendirilmiş bir maruziyet sağlayacaktır.

CATL (300750.SZ)

Daha önce de belirtildiği gibi, CATL, gelişmiş bal peteği lityum‑iyon pilleri ve sodyum‑iyon tasarımlarıyla teknolojik bir liderdir.

Şirket, küresel pil üretiminde lider konumda olup, dünya pil hacminin yarıdan fazlasını üretmektedir. Pil üretim tedarik zincirinin her aşamasında yer almaktadır.

Bu, şirketin uzun süredir lityum‑iyon pillerde de uzun süredir lider olduğu gerçeği için geçerlidir. Ayrıca, yakın zamanda duyurulan ve sadece 10 dakikada 600 km menzil ekleyebilen geliştirilmiş tasarımıyla LFP (lityum‑demir‑fosfat) pilinde de güçlüdür. Toplamda sürüş menzili 1.000 km’nin (600 mil) üzerine çıkabilir ve gelecekteki EV sahipleri için tüm “menzil kaygısını” ortadan kaldırır.

Paralel olarak, CATL geçmişte birçok pil tipinde etkileyici ilerlemeler duyurmuştur:

• A 12.000 döngülü ultra uzun ömürlü pil, hizmet ölçeğinde enerji depolama için, uzun vadeli hedef 18.000 döngü.
• A 500 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahip bir pil, potansiyel olarak yolcu uçaklarının elektrifikasyonunu mümkün kılabilir.
• 160 Wh/kg sodyum‑iyon pillerinin seri üretimi, hedef 200 Wh/kg.

Kaynak: CATL

CATL, Çin’de pil geri dönüşüm kapasitelerine 3,25 Milyar yatırım yaptı. Özellikle nikel, kobalt, manganez için %99,6 ve lityum için %91 gibi dikkat çekici bir geri kazanım oranı elde etti.

Ölçeği, odaklanması ve Ar‑Ge başarıları sayesinde, CATL pil inovasyonu, üretimi ve geri dönüşümünde öncü konumda olma ihtimali yüksek.

Bu, Tesla, NIO, Ford, Stellantis vb. EV üreticileri için kritik bir ortak olmasını sağlar; Hyundai de yakın zamanda CATL’nin artan stratejik ortaklık listesine eklenmiştir.

Ek olarak, bir kimyada öğrenilen dersler diğerine uygulanabilir. Bu nedenle, bu makalede tartışılan keşif şaşırtıcı kombinasyonların kaynağı olabilir; örneğin birkaç yeni fikir hayal edebiliriz:

• Bal peteği yapısı ile inşa edilmiş negatif termal genleşme elektrodu.
• Negatif termal genleşmenin sodyum‑iyon teknolojisine uygulanarak nihai soğuğa dayanıklı pilin üretilmesi.
• Negatif termal genleşmenin CATL’nin ultra stabil hizmet ölçeğindeki pillerinde kullanılması, soğuk ülkelerin elektrik şebekesi pazarını ele geçirmeyi sağlayabilir.

Dünyanın yarısı kadar pil üreten ölçek ekonomileri, bireysel bir üründe kullanılan belirli teknoloji ne olursa olsun, tüm şirket için de geçerli olacaktır.

Dolayısıyla, genel olarak pil teknolojisinde ne kadar çok ilerleme kaydedilirse, CATL’nin bunu mevcut tasarımlarıyla entegre etme olasılığı o kadar artar; bu da daha büyük talep yaratır ve bu talep de ölçek ekonomilerini daha da artırarak pozitif bir geri besleme döngüsü oluşturur.

Son olarak, yatırımcılar ABD ve Çin arasındaki artan bölünmenin farkında olmalı; CATL potansiyel bir yan mağdur olabilir. Şirket, ABD Savunma Bakanlığı’nın Çinli Askeri Şirket (CMC) listesine eklenmiştir.

CATL, bir açıklamasında hiçbir askeri ilgili iş veya faaliyet yürütmediğini ve CMC listesine eklenmesinin “bir hata” olduğunu belirtti.

Şirket, işine önemli bir olumsuz etkisinin olmayacağını ve durumu çözmek için ABD Savunma Bakanlığı ile iletişime geçtiğini, gerekirse yasal yollara başvuracağını belirtti.

Fast Market

Bu karar, CATL veya listedeki diğer şirketlere hemen bir yaptırım uygulamaz, ancak hisse fiyatını ve CATL’nin Batı pazarlarına gelecekteki ihracatını etkileyebilir.

(Ayrıca, şirketin tarihçesi ve teknolojisine daha derin bir bakış için, tamamen CATL’ye adanmış Eylül 2024 tarihli daha uzun raporumuzu da okuyabilirsiniz.)

Çalışma Referansı:

^{1. Li, Q., Yang, L., Liang, G., Yu, J., Huang, S., Wu, L., Lin, C., & Che, R. (2024). Düşük sıcaklıklarda iyi elektrokimyasal‑enerji depolama performansını sağlayan negatif termal genleşme davranışı. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202419300}