Sodyum-İyon Bataryalar Yükselişte, Ancak Lityum-İyon Bataryalar İndyum Nedeniyle Kalıcı Olabilir

Lityum-İyonun Yeniden Doğuşu?

A recent discovery by researchers at Cornell University might bring lithium-ion technology back into the race for perfect battery technology. They have found that using an indium anode material would allow for extremely quick charging of lithium-ion batteries.

Cornell Üniversitesi’ndeki araştırmacıların yakın zamanda yaptığı bir keşif, lityum-iyon teknolojisini mükemmel batarya teknolojisi yarışına geri getirebilir. İndyum anot malzemesinin kullanılmasının, lityum-iyon bataryalarının son derece hızlı şarj olmasını sağlayacağını bulmuşlardır.

Lityum-iyon bataryaları, şu ana kadar küçük elektronik cihazlar ve erken EV modelleri için batarya tasarımında hakim olmuştur. Ancak, teknolojinin bazı sınırlamaları, sektörü sodyum-iyon veya katı hal bataryaları gibi alternatiflere yöneltmiştir. İndyum kullanımı, EV’lerin kitlesel benimsenmesinde kilit bir sorun olan menzil kaygısını ortadan kaldırır. Çoğu EV kullanıcısı, bir şarj istasyonuna ulaşmadan bataryanın bitmesinden endişe duyar. Bu yüzden, araca ağırlık ve maliyet ekleyen çok güçlü bir batarya paketi aramaya yönelirler.

Bir diğer sorun, bataryanın şarj olma süresidir. Bu, uzun mesafe seyahatleri veya ticari uygulamalar için ciddi bir endişe olabilir. Ayrıca, her “tam dolu” şarjın zaman alması ve EV şarj istasyonunun kullanılmaz hâle gelmesi, şarj istasyonlarının erişilebilirliğini azaltır.

So, a quicker-to-charge lithium-ion battery technology could help reduce the cost of EVs, alleviate range anxiety, and improve the capabilities of the charging network.

İndyum Bataryaları Kurtarıcı Olabilir mi?

The research was conducted by Cornell Üniversitesi Smith Kimya ve Biyomoleküler Mühendislik Okulu’ndan Lynden A. Archer ekibi, with the lead author Shuo Jin, a chemical and biomolecular engineering doctoral student.

In their publication “Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries” they explain their approach. They focused on the kinetics (speed) of electrochemical reactions, specifically the “Damköhler number.” By looking at solid-state transport rates, they found that indium was a very good candidate for fast-charging batteries. Currently, indium is mostly used in LCD screens and other high-tech applications like photovoltaics, cryogenics, and nuclear reactor control rods.

Indium is a good metal for use in anodes because of its rapid diffusion and slow surface reaction kinetics, which translate into fast charging for the battery.

İndyum, AI Tasarımlı Bataryalar İçin İlk Adım mı?

Indium anodes could allow to reduce range anxiety, which in turn would reduce the need for very large and heavy battery packs. However, indium itself is a very heavy and dense metal.

This is why Pr Archer also considers his team’s discovery about indium as a starting point.

“Burada, hesaplamalı kimya modellemesi için, belki de üretken AI araçları kullanarak, başka hafif malzeme kimyalarının aynı doğuştan düşük Damköhler sayılarını elde edebileceğini öğrenmek için bir fırsat yatıyor.

Örneğin, istediğimiz özelliklere sahip, daha önce incelemediğimiz metal alaşımları var mı?”

Leveraging AI advancements to find new battery materials is a realistic idea, as has been shown by PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) researchers. In our article “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)”, we discussed how they used several predictive chemistry AIs to screen 32 million ideas in less than 80 hours, leading to the discovery of a new battery electrolyte.

Dolayısıyla, aynı teknik Damköhler sayısına odaklanarak, indyum kadar iyi performans gösteren ancak daha hafif malzemeler bulmak için kullanılabilir.

Bataryaların Yaşam Döngüsü Stokları

1. Arcadium Lithium (Allkem + Livent Birleşmesi)

Arcadium, lityum madenciliği liderleri Allkem ve Livent’in eşit ortaklık birleştirmesinin sonucudur ve onu dünyadaki 3. en büyük lityum üreticisi yapar. Bu birleşme, lityum üretimi ve işleme sürecinin tüm aşamalarında yer alan bir şirket oluşturur.

Şirketin üretimi çoğunlukla Arjantin’de, lityum üçgeni (Şili, Arjantin, Bolivya) içinde brinler şeklinde olup, Kanada ve Avustralya’da bazı sert kaya lityumu da bulunmaktadır.

Kaynak: Arcadium

Lityum, son zamanlarda düşük fiyatlardan etkilenen bir emtiadır; çünkü Ford veya GM gibi büyük otomobil üreticileri EV planlarını yavaşlatmıştır. Aynı zamanda, Çinli EV üreticileri BYD’nin düşük maliyetli EV’lerle yabancı pazarlara akın ettiği iddia ediliyor, bu da önümüzdeki yıllarda yeni bir EV benimseme dalgasını tetikleyebilir. Örneğin, bu yıl Avrupa’ya gelen 10.000 €’luk BYD Seagull.

Dolayısıyla, lityumdaki mevcut fiyat zayıflığı sonsuza kadar sürmeyebilir.

2. CATL

CATL, küresel batarya üretiminde lider konumda olup, küresel batarya hacminin yarıdan fazlasını üretmektedir. Şirket, batarya üretim tedarik zincirinin her aşamasında yer alır ve batarya teknolojisinde liderdir.

Bu durum, şirketin uzun süredir köklü bir lider olduğu lityum-iyon bataryaları için de geçerlidir. CATL, ayrıca birden fazla diğer batarya tipinde etkileyici ilerlemeler duyurmuştur:

• 12.000 döngülü ultra uzun ömürlü bir batarya, kamu ölçeğinde enerji depolama için, uzun vadeli hedef olarak 18.000 döngü.
• 400 km menzili 10 dakikada şarj eden 700 km menzilli LFP (Lityum Demir Fosfat) batarya.
• 500 Wh/kg, potansiyel olarak yolcu uçaklarının elektrifikasyonunu mümkün kılan bir batarya.
• 160 Wh/kg sodyum-iyon bataryalarının seri üretimi, hedef 200 Wh/kg.

Kaynak: CATL

CATL, Çin’de batarya geri dönüşüm kapasitesine 3,25 Milyar € yatırım da yapmıştır. CATL, özellikle nikel, kobalt, manganez için %99,6 ve lityum için %91 gibi olağanüstü bir geri kazanım oranı elde etmiştir.

Ölçeği, odaklanması ve Ar-Ge başarıları sayesinde, CATL muhtemelen batarya inovasyonu, üretimi ve geri dönüşümünün ön saflarında yer alacaktır. Bu da Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis vb. EV üreticileri için kilit bir ortak olmasını sağlar.

3. BYD

EV pazarında uzun süredir Tesla’ya rakip olan BYD, sadece Tesla için değil, neredeyse tüm otomobil üreticileri için ciddi bir rakip haline gelmiştir.

Şirket, telefon bataryası tedarikçisi olarak başladığı yerden, Çin’de (dünyanın en büyük EV pazarı) Tesla’ya neredeyse eşit sayıda EV satmaya ve Tayland, İsveç, Avustralya, Yeni Zelanda, Singapur, İsrail ve Brezilya’da en çok satılan EV olmaya evrilmiştir.

BYD, Çin’in 2023’te aniden dünyanın en büyük otomobil ihracatçısı haline gelmesinin büyük bir parçasıdır; Japonya’yı geride bırakmıştır. Şirketin agresif yurtdışı genişlemesi, Macaristan’daki gibi yeni fabrikalarla da desteklenmektedir. Ve $10.000-$12.000 fiyat aralığındaki Seagul gibi arabaların piyasaya sürülmesi, BYD EV’leri için tamamen yeni bir pazar açabilir.

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

Temel olarak bir batarya üreticisi olan BYD, Çin’de %41,1 pazar payı (CATL’in %33,9’una kıyasla) ile LFP batarya pazarında CATL’e ciddi bir rakip konumundadır.

BYD’nin Avrupa ve Amerikan pazarlarına ürettiği ucuz EV “seli”, muhtemelen bir miktar korumacılıkla karşılanacak ve bu da BYD’nin büyümesini engelleyebilir. Ancak aynı zamanda, ucuz Çinli EV’ler, yerel otomobil üreticilerinin çok az olduğu Güney Amerika, Rusya, Afrika, Orta Doğu ve Güneydoğu Asya gibi bölgelerde zaten büyük bir başarı elde etmektedir.

Bu, BYD için jeopolitik denge kurmak ve hem Batı hem de Çin ile iyi ilişkiler içinde olmak isteyen, birkaç milyar potansiyel müşteriyi temsil etmektedir; bu nedenle çok güçlü korumacılık bariyerleri oluşturması olası değildir.