“Batarya geliştirme şu anda inanılmaz derecede heyecan verici.”
Profesör Fichtner, bataryalar bir elektrikli aracın en önemli parçası. Bu amaç için hangisi en iyisidir?
Araca ve amacına bağlı olarak, depolama kapasitesi, hızlı yükleme, düşük ücret, güvenilirlik ve sürdürülebilirlik gibi en iyi özellikleri birleştiren bir batarya.
Lüks sınıfta, önemli olan uzun bir menzildir. Kompakt sınıfta, batarya önemli ölçüde daha az pahalı olmalıdır, ancak aynı şekilde çok büyük bir depolama alanı sağlaması gerekmez.
Bir elektrikli araçta bir batarya için sınırlı bir alan var. Aynı ebatta bir bataryanın çok daha fazla kapasite sunması için hangi tasarımı hedeflemelisiniz?
Bazı imalatçılar “hücreden pakete tasarım” veya “hücreden gövdeye tasarım” adlı tasarımlarla çalışıyorlar, başka bir deyişle batarya paketleri artık bir kalıp çikolata boyutunda hücrelerden yapılmıyor, bunun yerine bir levha boyutundalar. Bunun gibi daha geniş birimler daha az paketleme malzemesi gerektiriyor ve böylece asıl depolama malzemesi için daha fazla alan sağlıyor. Normal bataryalar, sadece yaklaşık yüzde 50 oranında entegrasyon yoğunluğu elde ederken, onlar yüzde 70’ten fazla entegrasyon yoğunluğu sağlıyor.
Kendi bataryalarını geliştirmeyi hedefleyen EV imalatçıları ilk andan itibaren bu teknolojik atılımları hesaba katabilir. Ne de olsa, bu, bağımsız batarya hücresi hakkında değildir, daha ziyade alan tasarrufu sağlayan ve yine de mümkün olduğunca büyük olan hücreler üretmek ile ilgilidir.
Önümüzdeki yıllarda bataryalarda ne tür bir ilerleme görmeyi bekliyorsunuz?
Şaşırtıcı bir hızla ilerlemeyi umuyoruz. 2023 yılı için, iki Çinli imalatçının ürettiği, 1000 kilometreden fazla menzil sağlayan ilk batarya paketleri duyuruldu. Aynı zamanda, 10 dakikadan az bir sürede 700 kilometrelik bir menzil için şarj olmaları bekleniyor.
Bir araştırmacı olarak, bu gelişmenin dinamiklerine şaşırdım. Bu; batarya teknolojisinde, pahalı yeni batarya kimyasına dahi dayanmayan, bunun yerine teknolojik tedbirleri temel alan büyük bir atılım olacaktır.
"Kendi bataryalarını geliştirmeyi hedefleyen EV imalatçıları ilk andan itibaren bu teknolojik atılımları hesaba katabilir."
"Kendi bataryalarını geliştirmeyi hedefleyen EV imalatçıları ilk andan itibaren bu teknolojik atılımları hesaba katabilir."
Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Prof. Dr. Maximilian Fichtner, Almanya’da, geleceğin batarya teknolojisini araştırıyor. Fichtner, gelecek nesil ve ötesi için elektrokimyasal batarya konseptlerinin araştırılmasına ve geliştirilmesine odaklanan Helmholtz Institute Ulm Elektromekanik Enerji Depolama Kurumu’nun (HIU) Genel Müdürüdür. Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) tarafından 2011 yılında kurulan HIU’da (KIT), yaklaşık 150 bilim insanı, sabit ve mobil kullanım için geleceğe hazır enerji depolama sistemlerinin temel prensiplerinin daha fazla geliştirilmesini araştırmaktadır. Fichtner sadece HIU’nun Yöneticisi değildir, aynı zamanda Katı Hal Kimyası araştırma grubunun grup lideridir. Ayrıca, kimyager, uygulama odaklı temel araştırmaları pratik geliştirme ve yenilikçi üretim teknolojileri ile birleştiren bir araştırma platformu olan CELEST, Elektrokimyasal Enerji Depolama Ulm & Karlsruhe Merkezi’nin Yöneticisidir. Dahası, mevcut lityum-iyon bataryalardan daha güçlü, daha güvenilir, daha sürdürülebilir ve daha çevre dostu olan geleceğin bataryaları hakkında batarya araştırması yapan POLiS Excellence Cluster’ın sözcüsüdür.
Şarj gücü genellikle ihmal edilir. Şarj hızı ve batarya teknolojisi arasındaki bağlantı nedir?
Bu doğru, çünkü aralıksız olarak nadiren 600 kilometre sürersiniz. Dolayısıyla, büyük bataryaları hızlı bir şekilde yeniden doldurabilmek önemlidir. Günün sonunda, bu asıl meseledir. EV bataryanızı, sadece on dakikada yüzde 10’dan 80’e dek şarj edebildiğinizde, bu yanmalı motor için oyunun bittiği noktadır.
Diğer malzemelerle daha uzun sürmekle birlikte, bataryaların daha hızlı şarj edilmesini sağlayan malzemeler de vardır. Teknik olarak konuşmak gerekirse, lityum iyonlar, şarj işlemi sırasında, katottan anoda taşınırlar ve anot, batarya şarj edilirken lityum iyonları depolar.
Ardından, anoda bir grafit katmanı eklenir. Düşük sıcaklıklarda dahi, çok daha hızlı şarj edilebildikleri için, bunun yerine, silikon-karbon kompozitler kullanmayı isteyen batarya imalatçıları vardır. Malzemeler söz konusu olduğu sürece, çok fazla gelişim potansiyeli vardır. Yalnızca anodun malzemesini değiştirerek, hücre, bir bütün olarak, yüzde 30 daha fazla depolama kapasitesi elde edecektir. Dolayısıyla, önümüzde halen inanılmaz dönüm noktaları var.
Ancak, bunun yanı sıra, on dakika içinde 60-kWh bir batarya şarj etmek isterseniz, 360 kW şarj gücüne sahip bir EV şarj cihazına ihtiyacınız olacak. Bu nedenle, şu anda, sınırlı olan batarya gücünden ziyade EV şarj altyapısıdır.
Akıllı telefonlar söz konusu olduğunda, bataryanın performansı, iki veya üç yıl boyunca sık sık kullanıldıktan sonra, önemli ölçüde azalır. Bir EV bataryasının kullanım ömrü ne kadar sürer?
Bu tür bataryalar çok farklıdır ve akıllı telefonlar aslında üç yıl sonra yenisiyle değiştirilecek şekilde tasarlanmıştır. Bir elektrikli araçta, batarya kontrol sistemi çok daha akıllıdır ve batarya, akıllı şarj yönetimi gibi, birçok şekilde, aşırı ısınmadan ve diğer zararlı etkilerden korunur.
Yeni araçlarla yapılan araştırmalar, beş yılın ardından, bataryanın artık kapasitesinin yüzde 95’inin genellikle hala kullanılabilir olduğunu göstermiştir. Bir elektrikli araçtaki çekme bataryası 2000 tam döngü tamamlayacak şekilde tasarlanmıştır. Örneğin, 500 kilometrelik bir menzilin 2000 katı 1 milyon kilometrelik bir kapasite eder.
Bu 2000 tam döngüden sonra, batarya yüzde 80 artık kapasite eşiğine ulaşır, bu bir bataryanın kullanım ömrünün sonu olarak değerlendirilir. Bununla birlikte, batarya o sırada kesinlikle arızalı değildir ve örneğin, fotovoltaik santrallerin veya rüzgar santrallerinin sabit depolama sistemlerinde bir on yıl daha iyi bir iş çıkarabilir.
“Bir elektrikli araçtaki çekme bataryası 2000 tam döngü tamamlayacak şekilde tasarlanmıştır.”
Dünya genelinde batarya üretimi için giga fabrikalar inşa ediliyor. Önümüzdeki yıllarda veya on yıllarda, hücre üretimi için yeterli ham madde olacak mı?
Şu anda, yeterli miktarda var. Ancak, üretim kapasiteleri henüz hızla artan talebe göre uyarlanmadı, dolayısıyla bazı bölgelerde tıkanıklıklar oluşabilir. Biz, araştırmacılar, bu durumu, örneğin, gelecekte, yeni bataryalardan kobaltı tamamen boşaltarak ve lityumu kısmen sodyum ile değiştirerek düzeltmeye çalışıyoruz. Bu, ham maddelerin potansiyel eksikliğini önemli ölçüde azaltacak bir unsurdur.
Almanya’da şu anda bataryalar için eşi benzeri olmayan on bir giga fabrikası planlanıyor. Doğru olanı yapmak için çok büyük bir potansiyel var. Buradaki can alıcı soru şudur: Bu giga fabrikalar sadece hücre mi üretecekler yoksa tüm sistemi mi kapsayacaklar?
Bu bağlamda kullanılmış bataryalar için geri dönüşüm süreçleri ne kadar önemlidir?
Çok önemli. 2034 yılı civarı, ihtiyaç duyulan ham maddelerin yarısının geri dönüştürülmüş olacağı tahmin edilmektedir. Şu anda, Avrupa’da, yeni süreçler geliştiren ve kapasitelerini genişleten 38 batarya geri dönüşüm tesisi var. 2030’lu yılların ortasında, büyük hacimlerde EV bataryalarının geri dönüştürülmesi gerektiğinde, bu tesislerin hazırlanması gerekecektir.
Batarya bir elektrikli aracın maliyetinin büyük bir kısmını oluşturur. Bu maliyetleri düşürmek için neler yapmak gerekiyor?
Bu amaçla, yaygın olan, dünya çapında oluşan ve tehlike yaratmadan çıkarılabilen ham maddeler gibi, daha az pahalı malzemeler kullanmak gerekir. Ek olarak, imalatçılar yeni enerji ve zaman tasarrufu süreçleri geliştirmelidir.
Daha sürdürülebilir malzemelere geçişin yanı sıra, maliyet azaltma batarya üretiminde büyük bir eğilimdir. Bu her yerde geçerlidir: Daha az alan, daha az enerji, daha az süre. Geliştirme sürecinde birçok şey gerçekleşiyor ve bazen düşünebileceğinizden daha hızlı gerçekleşiyor. Batarya geliştirme şu anda inanılmaz derecede heyecan verici.