Elektrikli araç endüstrisini yenilemek için güç pili mi?

Japon Nikkei Shimbun, 9 Aralık'ta Toyota'nın, şarj edildikten sonra 500 kilometre yol alabilen ve tamamen şarj edilmesi 10 dakika süren, geleneksel elektrikli araçlara kıyasla en az üçte iki daha az süren bir katı hal pili geliştirdiğini bildirdi. Toyota'nın dünyanın seri üretimdeki ilk katı hal akülü araç üreticisi olması ve gelecek yıl prototip araçları piyasaya sürmesi bekleniyor.

Toyota'nın haberlerine ek olarak, Volkswagen ve Bill Gates'in ortak yatırım yaptığı QuantumScape şirketi de 15 dakikada yüzde 80 oranında şarj olabilen, enerji yoğunluğunu yüzde 50 artıran ve daha geniş bir aralıkta dayanabilen yeni bir katı hal pil teknolojisini piyasaya sürdü. Sıcaklıklar -30°C'ye kadar düşük. Volkswagen hedefinin 2025 yılına kadar yeni bir batarya üretim hattına sahip olmak olduğunu söyledi.

Peki katı hal pil ile geleneksel pil arasındaki fark nedir?

Geleneksel lityum pil: pozitif elektrot, diyafram ve negatif elektrottan oluşur ve daha sonra elektrolitle doldurulur.

Katı hal pili: Lityum pil, katı elektrolit kullanır ve elektrolit malzemesi, katı hal lityum pilin performansını büyük ölçüde belirler.

İkisi arasındaki temel fark, katı hal pilindeki elektrolitin katı olmasıdır; bu, pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki lityum iyon geçiş ortamının sıvıdan katıya değiştiği anlamına gelir. Katot malzemelerinin sürekli iyileştirilmesiyle katı elektrolit daha iyi koordinasyon sağlayabilir ve bu da pil sisteminin enerji yoğunluğunun iyileştirilmesine yardımcı olur.

Katı hal pilinin avantajları.

Katı elektrolit kullanımı nedeniyle, geleneksel lityum pillerle karşılaştırıldığında, katı piller yanmama, yüksek sıcaklık dayanımı, korozyona uğramama, buharlaşmama, düşük yangın riski ve yüksek enerji yoğunluğu özelliklerine sahiptir.

Katı hal pilinin sanayileşmesi.

Katı hal piller, pilin enerji yoğunluğu ve dayanıklılığı endişesine son çözüm olarak değerlendiriliyor. Katı hal pilinin birçok avantajı vardır ancak maliyetinin yüksek olması ve üretim kapasitesinin düşük olması nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır.

Katı hal pillerin ticarileşmesi sanıldığı kadar hızlı olmayabilir. Ningde Times, 2019 yılında tüm katı hal pillerinin geliştirilmesine odaklanıldığını ve numuneler üretildiğini ancak bunların tamamen ticarileştirilmesinin 10 yıl alacağını, bunun da büyük ölçekli üretimden uzak oldukları anlamına geldiğini söyledi.

Katı hal pilinin uygulama takvimi öngörülüyor.

-2021 katı hal pil pazarının kuluçka dönemi olacak. İlgili ürün planlaması, araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütülecek ve pazarda üçlü pillerin hakimiyeti devam edecek.

-2021-2025'ten itibaren katı hal piller ilk uygulama aşamasına girecek, pil enerji yoğunluğu 300-500Wh/kg'a ulaşacak ve az sayıda üst düzey elektrikli araç katı hal pillerle donatılacak.

-2025'ten 2030'a, hatta daha uzun bir süreye kadar pazar gerçekten olgunlaşacak, katı hal pillerin enerji yoğunluğu 500Wh/kg'ı aşacak ve büyük ölçekli üretim gerçekten popüler olacak.

Genel olarak, tüm katı hal pilleri, özellikle de otomobiller gibi yüksek akım uygulamalarına yönelik olanlar, sanayileşme ölçeğinden çok uzaktadır ve daha fazla iyileştirme ve maliyet kontrolüne ihtiyaç duyar.

Neden bazıları seri üretimin yakın olduğunu söylerken bazıları 10 yıl süreceğini söylüyor?

Tahmin edebileceğiniz gibi şu anda seri üretim için reklamı yapılan "katı hal pilleri"nin tamamı katı hal pilleri değil, yarı katı hal pilleridir.

Yarı katı pillerin genellikle bir elektrotunda katı elektrolit, diğerinde ise sıvı elektrolit bulunur. Yarı katı pillerle deney yapan birçok kişi hızlı ticari kullanım içindir. Örneğin Toyota, tramvaylar için tüm katı aküleri geliştirmeyi hedefliyor ancak kademeli olarak "yarı katı" akülerle başlayacağını söylüyor.

Ning De büyük ölçekli üretimin 10 yıl süreceğini söylerken tüm katı hal pilleri kastetmişti ve amaç da buydu.

Toyota ve QuantumScape'in katı hal pilleri startup'lar için tehdit oluşturacak mı?

Katı hal pil gelişimi açısından.

Avrupa ve Amerika ülkelerindeki pil teknolojisindeki yeniliklere ağırlıklı olarak startuplar öncülük ediyor. Avrupa ve Amerika ülkelerinde inovasyondan küçük işletmeler sorumlu olduğundan ve büyük işletmeler inovasyon sorunlarını birleşme ve satın alma yoluyla çözdüğünden, kapsamlı bir şekilde araştırmaya gerek yoktur.

Japonya'da geleneksel otomobil ve makine işletmeleri hakimdir, çünkü Japon geleneksel işletmeleri oldukça ileri görüşlüdür ve her türlü yeni teknolojiyi denemek ister.

Çin, katı hal pil alanına nispeten geç girdi. Ancak katı hal pillerin medyada anlatıldığı kadar etkileyici olmadığına inanıyoruz. Araştırma ve geliştirmede 1-2 yıllık bir boşluk olsa bile bu, baş güç aküsü firmasının konumunu alt üst etmeye yetmiyor.

Birincisi, lityum piller yaygınlaştıkça hızla gelişecekler. Mevcut sıvı versiyon veya, gelişmeye devam edecek, özellikle her yıl %30 iyileşme alırsanız, 5 yıl, 10 yıl, artan pil verimliliği katı hal pil ile aynı olacaktır.

İkincisi, yenilikçi katı hal pil teknolojisinin işletmelere kolaylıkla entegre edilebilmesidir. Katı hal pili aynı zamanda lityum pilin yoludur. Lityum pil yolunda ilerleyen bu gelişmiş teknolojiler, önde gelen kuruluşlar tarafından kolaylıkla toplanabilir. Yeni pil teknolojisinin atılımı için, bir fabrika kurmanın eşiği ve riski çok yüksektir, bu nedenle pek çok kişi teknolojiyi lider kuruluşlara satacak ve bu da ölçeği hızla genişletebilecektir. Katı hal pilinin göreceli teknoloji farkı küçüktür ve büyük partinin avantajı, katı hal pilin ticarileştirilmesinde açıkça daha önemlidir.