Duyuru
Elektrikli otomobil çekiş aküsü hücre kimyasından bahsederken çoğu kişi katot tarafından bahseder. Şu anda bunlar genellikle lityum demir fosfat (LFP) ve nikel manganez kobalttan (NMC) oluşan malzeme karışımlarıdır. NMC'lerdeki nikel içeriğinin artması ve sağlam LFP hücrelerinin yayılmasıyla burada çok şey yaşandı. Ancak anot büyük ölçüde göz ardı edildi: hemen hemen her yerde yalnızca grafitten oluşuyor. Şarj gücü ve enerji yoğunluğu potansiyeli göz ardı edilmiştir. Ancak malzeme araştırmacıları ve otomotiv endüstrisi bunu değiştirmek üzere. Orta vadede anota silikon eklenecek ve hatta %100 silikon anot fikri akla bile gelebilir.
Mevcut durum grafit anottur. Malzeme, lityum iyon pillerin başlangıcından bu yana standart olmuştur. Basitçe söylemek gerekirse, grafit kurşun kalem gibi saf karbondur. Doğal grafit olarak kolaylıkla temin edilebilir ve test edilmiştir, uzun ömürlüdür ve kullanılabilir kapasiteye sahiptir. Stratejik bir dezavantaj ise imalatçı bir ülke olarak Çin'e bağımlılığın neredeyse tamamlanmış olması ve üretimin enerji yoğun olmasıdır. Alternatif olarak grafit sentetik olarak da üretilebilir. Ancak süreç çok yüksek sıcaklıklar gerektiriyor, bu da daha fazla enerji anlamına geliyor.
Anot şarj gücünü, katot menzili ve maliyetleri belirler. Volkswagen Power Day 2021'in bu basitleştirilmesi prensipte hala geçerlidir. Anot potansiyeli henüz kullanılmamıştır. Teorik olarak saf bir silikon anot bile düşünülebilir. Özellikler açısından gerçek bir katı hal hücresi kadar iyi olabilir.
(Resim: Volkswagen)
Grafit anot şarj gücünü sınırlar
Dr. Johannes Kasnatscheew, Münster Üniversitesi'nin pil araştırma merkezi olan Münster Elektrokimyasal Enerji Teknolojisi'nin (MEET) malzeme bölümünün başkanıdır. Grafit güvenilirdir ancak sınırlamaları vardır, diye açıklıyor Kasnacheev: “Grafit, hücrede çok fazla hacim gerektirir ve aynı zamanda hızlı şarj için de ideal değildir.” Hızlı şarj sırasında, anot yüzeyinde lityum metal birikebilir, bu da güvenlik riski oluşturur ve kapasiteyi en aza indirir. Bu sözde Lityum kaplama dayanıklılığı bozar.
On yılın sonunda, LFP hücreli basit elektrikli arabalar on dakika içinde yüzde 10'dan yüzde 80'e kadar şarj olabilecek. Birinci sınıf bir ısıtma ve soğutma sistemine ihtiyacınız var. Az miktarda silikon içeren bir grafit anot ideal bir katkı olacaktır ve aynı zamanda enerji yoğunluğunu da arttıracaktır. Anot malzemesi, LFP dahil, katot malzemesinden bağımsız olarak kullanılabilir.
(Fotoğraf: Citroen)
Ancak otomotiv endüstrisi yıllardır, on yılın ikinci yarısında şarj hızlarının 4°C'nin üzerine çıkacağını gösteren grafikler gösteriyor. Çeviri: Tam şarj(!) 15 dakikadan az sürebilir. Günümüz açısından bakıldığında en önemli ön koşul güçlü bir ısıtma ve soğutma sistemidir. Teknik hayal gücü, hücreleri en iyi şekilde çalışabilecekleri bir sıcaklığa getirmek için geniş ve çeşitlidir.
Silikon katkılı Porsche J1 platformu
Silikonun eklendiği anotlar hızlı şarj için büyük bir potansiyele sahiptir ve aynı zamanda enerji yoğunluğunu da artırır. Tek haneli yüzde aralığında bu özellik şu anda yalnızca Porsche Taycan ve yine J1 platformunu temel alan Audi e-tron GT'de mevcuttur. Porsche, yeni revize edilen Taycan'ın çekiş aküsüne henüz detaylı bir bakış sunmadı. Kaliforniya'daki pratik testler, maksimum 300 kW'ın çok üzerinde güce izin veren ve uzun süre sabit kalan ikna edici bir şarj eğrisi gösteriyor. İyileştirmenin bir kısmı, daha güçlü bir ısıtma ve soğutma sisteminin ve anot üzerine biraz daha fazla silikon eklenmesinin birleşimidir. Porsche ayrıca katot tarafında artık 622 NMC hücresi yerine 811 hücresinin kullanıldığını doğruladı ve bu da genel performansı artırdı.
Silikon geçici olarak çok daha fazla lityum depolayabilir
MEET'ten Dr. Johannes Kasnacheev, “Önemli olan, bir silikon atomunun 3,5'e kadar lityum atomunu absorbe edebilmesidir” diye açıklıyor. Karşılaştırma için: Bir lityum atomunu absorbe etmek için altı karbon atomuna, yani grafite ihtiyaç duyulacaktır. Malzeme araştırmacısı, “Silikon karbondan daha ağırdır, bu da avantajı kısmen dengeliyor. Kütleye göre kapasite açısından denge hala 10 kat civarında” diyor. Sorun: Silikon anottaki yükün emilmesi ve serbest bırakılması, büyük hacim genişlemesine ve ardından büzülmeye neden olur. Malzeme üzerindeki bu aşırı stres, servis ömrünü önemli ölçüde azaltır. Mevcut bir grafit anoda küçük bir yüzdede silikon eklemek şu anda bir uzlaşmadır.
Saf silikon anot araştırması
Saf silikon anot teorik olarak hacim olarak daha küçük ve ağırlık olarak daha hafif bir pil hücresine yol açacaktır. Araştırmanın amacı, yükleme ve boşaltma işlemleri sırasında malzemelerin stresini ortadan kaldırmaktır. Diğer şeylerin yanı sıra, Avrupa Yatırım Bankası (EIB) yakın zamanda Graphenex Development Inc. (GDI) şirketine 20 avroluk kredi verdi.[ ]milyon avro onaylandı. Her şey yolunda giderse Almanya'da sanayi üretimine başlanacak. Resmi olarak, %100 silikon anotlu bir pil hücresi, saf lityum anotlu gerçek bir katı hal pilinden daha uzun süre dayanabilir. Bu hedefe ulaşılıp ulaşılmayacağı belli değil. O zamana kadar göreceli avantajlarıyla bir karışım olarak kalacak. Silikon karışımlı hücresel kimyanın duyurulduğu bir sonraki elektrikli otomobil, bir sonraki Mercedes CLA'dır. Satışın 2025 yılında başlaması bekleniyor.
Mercedes ayrıca bir sonraki CLA'da (2025) silikon katkılı çekiş aküleri kullanacak. Sorun: Şarj ve deşarj sırasında pil hücresinin hacmi artıp azalıyor. Maddi stres aşırı düzeydedir. Bu nedenle silikon şimdiye kadar yalnızca bir uzlaşma olarak eklenmiştir.
(Fotoğraf: Mercedes)
Prensip olarak, hücre kimyasında ve iyi huylu, artan voltajlı akü sistemlerinde devam eden sayısız ilerleme, daha iyi elektrikli arabaların ortaya çıkmasına yol açıyor. Devrim olmadı, evrim sürüyor. Anoda silikon eklenmesi buna yardımcı olacaktır.
Elektrikli otomobiller hakkında daha fazla bilgi
(mfz)
Bir yanıt yazın