Akümülatör
Şarj edilebilir pil, depolama pili veya ikincil hücre (resmi olarak bir tür enerji akümülatörü), tamamen şarj edilmiş olarak tedarik edilen ve kullanımdan sonra atılan tek kullanımlık veya birincil pilin aksine, şarj edilebilen, bir yüke boşaltılabilen ve birçok kez yeniden şarj edilebilen bir elektrik pili türüdür. Bir veya daha fazla elektrokimyasal hücreden oluşur. "Akümülatör" terimi, tersine çevrilebilir bir elektrokimyasal reaksiyon yoluyla enerji biriktirdiği ve depoladığı için kullanılır. Şarj edilebilir piller, düğme hücrelerden bir elektrik dağıtım şebekesini stabilize etmek için bağlanan megawatt sistemlerine kadar birçok farklı şekil ve boyutta üretilmektedir. Kurşun-asit, çinko-hava, nikel-kadmiyum (NiCd), nikel-metal hidrit (NiMH), lityum-iyon (Li-iyon), lityum demir fosfat (LiFePO4) ve lityum-iyon polimer (Li-iyon polimer) dahil olmak üzere birçok farklı elektrot malzemesi ve elektrolit kombinasyonu kullanılmaktadır. ⓘ
Şarj edilebilir piller tipik olarak başlangıçta tek kullanımlık pillerden daha pahalıdır, ancak değiştirilmeleri gerekmeden önce birçok kez ucuza şarj edilebildikleri için çok daha düşük toplam sahip olma maliyetine ve çevresel etkiye sahiptirler. Bazı şarj edilebilir pil tipleri, tek kullanımlık tiplerle aynı boyutlarda ve voltajlarda mevcuttur ve onlarla değiştirilebilir. ⓘ
Pilleri geliştirmek için dünya çapında milyarlarca dolarlık araştırma yatırımı yapılmakta ve endüstri de daha iyi piller üretmeye odaklanmaktadır. ⓘ
Akümülatör, Akü, Akımtoplar, Batarya ya da Biriktireç, elektrik enerjisini kimyasal enerji olarak depo eden, istenildiğinde bunu elektrik enerjisi olarak veren cihaz, araçlarda bulunan elektrik enerjisi kaynağı. ⓘ
Çalışma prensipleri aynı olmakla beraber, günümüzde ise akümülatörler sadece araçlarda marş amaçlı olarak değil; elektrik enerjisinin depolanması ve gerektiğinde geri alınması/kullanılması amaçlı olarak da kullanılmaktadır. Özellikle sabit/durağan yerlerde kullanılmak üzere üretilen akümülatörlerin iç yapısı, starter/marş amaçlı olanlara göre büyük farklılık ihtiva eder. Kesintisiz ve/veya yedek enerji ihtiyaçları için bilinen en eski, kolay ve ekonomik yöntemdir. Sabit tesis akümülatörleri de kendi aralarında alt gruplara ayırmak mümkündür. Ayrıca likit bazda asit ihtiva edenler olduğu gibi, yeni jenerasyon vrla/agm ve jel teknolojisi ürünlerde asit sıvı bazda değildir. Bu sayede bakıma gereksinim duyulmadan kullanım ile cihaz içi vb. kapalı yerlerde kullanma imkânı gibi avantajları mevcuttur. ⓘ
Uygulamalar
Şarj edilebilir pillerin kullanıldığı cihazlar arasında otomobil marş motorları, taşınabilir tüketici cihazları, hafif araçlar (motorlu tekerlekli sandalyeler, golf arabaları, elektrikli bisikletler ve elektrikli forkliftler gibi), karayolu araçları (otomobiller, kamyonetler, kamyonlar, motosikletler), trenler, küçük uçaklar, aletler, kesintisiz güç kaynakları ve pil depolama güç istasyonları yer almaktadır. Hibrit içten yanmalı-pil ve elektrikli araçlarda ortaya çıkan uygulamalar, maliyet, ağırlık ve boyutun azaltılması ve kullanım ömrünün artırılması için teknolojiyi yönlendirmektedir. ⓘ
Eski şarj edilebilir aküler nispeten hızlı bir şekilde kendi kendine deşarj olur ve ilk kullanımdan önce şarj edilmeleri gerekir; bazı yeni düşük kendi kendine deşarj olan NiMH aküler şarjlarını aylarca korurlar ve genellikle fabrikada nominal kapasitelerinin yaklaşık %70'ine kadar şarj edilmiş olarak satılırlar. ⓘ
Batarya depolama güç istasyonları, yük dengeleme (talebin düşük olduğu zamanlarda elektrik enerjisinin yoğun dönemlerde kullanılmak üzere depolanması) ve yenilenebilir enerji kullanımları (gece kullanılmak üzere gün boyunca fotovoltaik dizilerden üretilen gücün depolanması gibi) için şarj edilebilir bataryalar kullanır. Yük seviyelendirme, bir santralin üretmesi gereken maksimum gücü azaltarak sermaye maliyetini ve puant enerji santrallerine olan ihtiyacı azaltır. ⓘ
Research and Markets tarafından hazırlanan bir rapora göre, analistler küresel şarj edilebilir pil pazarının 2018-2022 döneminde %8,32'lik bir YBBO ile büyüyeceğini tahmin etmektedir. ⓘ
Küçük şarj edilebilir piller taşınabilir elektronik cihazlara, elektrikli aletlere, cihazlara vb. güç sağlayabilir. Ağır hizmet tipi aküler, scooterlardan lokomotiflere ve gemilere kadar elektrikli araçlara güç sağlar. Dağıtılmış elektrik üretiminde ve bağımsız güç sistemlerinde kullanılırlar. ⓘ
Şarj ve deşarj
Şarj sırasında pozitif aktif malzeme oksitlenerek elektron üretir ve negatif malzeme indirgenerek elektron tüketir. Bu elektronlar harici devredeki akım akışını oluşturur. Elektrolit, lityum-iyon ve nikel-kadmiyum hücrelerinde olduğu gibi elektrotlar arasındaki iç iyon akışı için basit bir tampon görevi görebilir veya kurşun-asit hücrelerinde olduğu gibi elektrokimyasal reaksiyonda aktif bir katılımcı olabilir. ⓘ
Şarj edilebilir pilleri şarj etmek için kullanılan enerji genellikle AC şebeke elektriği kullanan bir pil şarj cihazından gelir, ancak bazıları bir aracın 12 voltluk DC güç çıkışını kullanmak için donatılmıştır. Kaynağın voltajı, akımın akması için akününkinden yüksek olmalıdır, ancak çok yüksek olmamalıdır, aksi takdirde akü zarar görebilir. ⓘ
Şarj cihazlarının bir aküyü şarj etmesi birkaç dakikadan birkaç saate kadar sürebilir. Voltaj veya sıcaklık algılama özellikleri olmayan yavaş "aptal" şarj cihazları düşük bir hızda şarj olur ve tam şarja ulaşmaları genellikle 14 saat veya daha uzun sürer. Hızlı şarj cihazları, modele bağlı olarak tipik olarak hücreleri iki ila beş saat içinde şarj edebilir, en hızlısı on beş dakika kadar kısa sürer. Hızlı şarj cihazları, zararlı aşırı şarj veya aşırı ısınma meydana gelmeden önce şarjı durdurmak için bir hücrenin tam şarja ulaştığını (terminal voltajındaki değişiklik, sıcaklık vb.) tespit etmenin birden fazla yoluna sahip olmalıdır. En hızlı şarj cihazları genellikle hücrelerin aşırı ısınmasını önlemek için soğutma fanları içerir. Hızlı şarj için tasarlanan batarya paketleri, şarj cihazının paketi korumak için kullandığı bir sıcaklık sensörü içerebilir; sensörün bir veya daha fazla ek elektrik kontağı olacaktır. ⓘ
Farklı akü kimyaları farklı şarj şemaları gerektirir. Örneğin, bazı akü tipleri sabit voltaj kaynağından güvenli bir şekilde şarj edilebilir. Diğer türlerin, akü tam şarj voltajına ulaştığında azalan düzenlenmiş bir akım kaynağı ile şarj edilmesi gerekir. Bir akünün yanlış şarj edilmesi aküye zarar verebilir; aşırı durumlarda aküler aşırı ısınabilir, alev alabilir veya içindekileri patlayarak dışarı atabilir. ⓘ
Deşarj oranı
Akü şarj ve deşarj oranları genellikle "C" akım oranına atıfta bulunularak tartışılır. C oranı, teorik olarak aküyü bir saat içinde tamamen şarj veya deşarj edecek orandır. Örneğin, damlama şarjı C/20'de (veya "20 saatlik" bir hızda) gerçekleştirilebilirken, tipik şarj ve deşarj C/2'de (tam kapasite için iki saat) gerçekleşebilir. Elektrokimyasal hücrelerin mevcut kapasitesi deşarj oranına bağlı olarak değişir. Hücre bileşenlerinin (plakalar, elektrolit, ara bağlantılar) iç direncinde bir miktar enerji kaybolur ve deşarj oranı, hücredeki kimyasalların hareket edebilme hızıyla sınırlıdır. Kurşun-asit hücreler için, zaman ve deşarj oranı arasındaki ilişki Peukert yasası ile tanımlanır; yüksek bir akımda artık kullanılabilir bir terminal voltajını sürdüremeyen bir kurşun-asit hücre, çok daha düşük bir oranda deşarj edilirse hala kullanılabilir kapasiteye sahip olabilir. Şarj edilebilir hücreler için veri sayfaları genellikle 8 saatlik veya 20 saatlik veya diğer belirtilen sürelerde deşarj kapasitesini listeler; kesintisiz güç kaynağı sistemleri için hücreler 15 dakikalık deşarjla derecelendirilebilir. ⓘ
Akünün terminal voltajı şarj ve deşarj sırasında sabit değildir. Bazı tipler kapasitelerinin büyük bir kısmında deşarj sırasında nispeten sabit voltaja sahiptir. Şarj edilemeyen alkalin ve çinko-karbon hücreler yeniyken 1,5V verir, ancak bu voltaj kullanımla düşer. Çoğu NiMH AA ve AAA hücresi 1,2 V olarak derecelendirilmiştir, ancak alkalinlere göre daha düz bir deşarj eğrisine sahiptir ve genellikle alkalin pilleri kullanmak üzere tasarlanmış ekipmanlarda kullanılabilir. ⓘ
Pil üreticilerinin teknik notlarında genellikle pili oluşturan her bir hücre için hücre başına voltaj (VPC) belirtilir. Örneğin, 12 V'luk bir kurşun-asit aküyü (her biri 2 V'luk 6 hücre içeren) 2,3 VPC'de şarj etmek için akünün terminalleri boyunca 13,8 V'luk bir voltaj gerekir. ⓘ
Hücrelerin ters dönmesinden kaynaklanan hasar
Boşalmış bir hücrenin, pozitif ve negatif terminallerin kutup değiştirdiği noktaya kadar daha fazla boşalma eğiliminde olan yönde bir akıma maruz bırakılması, hücrenin tersine dönmesi olarak adlandırılan bir duruma neden olur. Genel olarak, boşalmış bir hücreden bu şekilde akım geçirmek istenmeyen ve geri dönüşü olmayan kimyasal reaksiyonların meydana gelmesine neden olarak hücrede kalıcı hasara yol açar. Hücrenin ters dönmesi, en yaygın iki durum olmak üzere çeşitli koşullar altında meydana gelebilir:
- Bir pil veya hücre şarj devresine yanlış şekilde bağlandığında.
- Seri bağlanmış birkaç hücreden oluşan bir akü derin deşarj olduğunda.
İkinci durumda sorun, bir aküdeki farklı hücrelerin biraz farklı kapasitelere sahip olması nedeniyle ortaya çıkar. Bir hücre diğerlerinden önce deşarj seviyesine ulaştığında, kalan hücreler akımı deşarj olan hücreye doğru zorlayacaktır. ⓘ
Pille çalışan birçok cihazda, hücrelerin tersine dönmesine neden olabilecek derin deşarjların meydana gelmesini önleyen düşük voltaj kesme özelliği vardır. Akıllı bir akünün içinde voltaj izleme devresi bulunur. ⓘ
Hücre tersine dönmesi, zayıf şarjlı bir hücrenin tamamen boşalmadan önce bile meydana gelebilir. Akü tahliye akımı yeterince yüksekse, hücrenin iç direnci hücrenin ileri emf'sinden daha büyük bir dirençli voltaj düşüşü yaratabilir. Bu da akım akarken hücrenin polaritesinin tersine dönmesine neden olur. Bir akünün gerekli deşarj oranı ne kadar yüksekse, hücrelerin ters dönme olasılığını azaltmak için hem hücre tipi hem de şarj durumu açısından hücreler o kadar iyi eşleşmelidir. ⓘ
Önceden aşırı şarj edilmiş NiCd akülerin düzeltilmesi gibi bazı durumlarda, bir akünün tamamen deşarj edilmesi istenebilir. Hücrenin tersine dönme etkisinden kaynaklanan hasarı önlemek için her bir hücreye ayrı ayrı erişmek gerekir: her bir hücrenin terminallerine bir yük klipsi bağlanarak her bir hücre ayrı ayrı boşaltılır, böylece hücrenin tersine dönmesi önlenir. ⓘ
Tamamen boşalmış durumda depolama sırasında hasar
Çok hücreli bir akü tamamen deşarj edilirse, yukarıda bahsedilen hücre tersine dönme etkisi nedeniyle genellikle hasar görecektir. Bununla birlikte, her bir hücreyi ayrı ayrı deşarj ederek ya da her bir hücrenin dahili sızıntısının zaman içinde yükünü dağıtmasına izin vererek hücre tersine dönmesine neden olmadan bir pili tamamen boşaltmak mümkündür. ⓘ
Bununla birlikte, bir hücre tersine dönmeden tamamen boşalmış bir duruma getirilse bile, sadece boşalmış durumda kalması nedeniyle zaman içinde hasar meydana gelebilir. Bunun bir örneği, uzun süre rafta bekletilen kurşun-asit akülerde meydana gelen sülfatlaşmadır. Bu nedenle, depoda kalması amaçlanan bir akünün şarj edilmesi ve periyodik olarak yeniden şarj edilerek şarj seviyesinin korunması genellikle tavsiye edilir. Akünün aşırı şarj edilmesi durumunda da hasar meydana gelebileceğinden, depolama sırasında en uygun şarj seviyesi tipik olarak %30 ila %70 civarındadır. ⓘ
Deşarj derinliği
Deşarj derinliği (DOD) normalde nominal amper-saat kapasitesinin bir yüzdesi olarak belirtilir; %0 DOD deşarj olmadığı anlamına gelir. Bir akü sisteminin kullanılabilir kapasitesi deşarj oranına ve deşarj sonunda izin verilen voltaja bağlı olduğundan, deşarj derinliğinin ölçülme şeklini gösterecek şekilde nitelendirilmesi gerekir. Üretim ve eskime sırasındaki değişimler nedeniyle, tam deşarj için DOD zamanla veya şarj döngüsü sayısıyla değişebilir. Genel olarak şarj edilebilir bir batarya sistemi, her döngüde DOD daha düşükse daha fazla şarj/deşarj döngüsünü tolere edecektir. Lityum aküler nominal kapasitelerinin yaklaşık %80 ila 90'ına kadar deşarj olabilir. Kurşun-asit aküler yaklaşık %50-60'a kadar deşarj olabilir. Akışkan aküler ise %100 deşarj olabilir. ⓘ
Kullanım ömrü ve döngü kararlılığı
Aküler kötü muamele yapılmadan bile tekrar tekrar kullanılırsa, şarj döngülerinin sayısı arttıkça kapasite kaybederler ve sonunda faydalı ömürlerinin sonuna ulaştıkları kabul edilir. Farklı akü sistemlerinin farklı yıpranma mekanizmaları vardır. Örneğin, kurşun-asit akülerde, her şarj/deşarj döngüsünde aktif malzemenin tamamı plakalara geri yüklenmez; sonunda akü kapasitesini azaltacak kadar malzeme kaybedilir. Lityum-iyon tiplerinde, özellikle derin deşarjda, şarj sırasında bir miktar reaktif lityum metali oluşabilir ve bu metal bir sonraki deşarj döngüsüne katılmak için artık mevcut değildir. Sızdırmaz aküler, özellikle aşırı şarj edildiklerinde veya yüksek sıcaklıkta çalıştırıldıklarında sıvı elektrolitlerinden nem kaybedebilirler. Bu da çevrim ömrünü kısaltır. ⓘ
Şarj süresi
Şarj edilebilir pillerle çalışan bir ürünün kullanıcısı için şarj süresi önemli bir parametredir. Şarj güç kaynağı, bataryayı şarj etmenin yanı sıra cihazı çalıştırmak için yeterli gücü sağlasa bile, cihaz şarj süresi boyunca harici bir güç kaynağına bağlıdır. Endüstriyel olarak kullanılan elektrikli araçlar için, vardiya dışı zamanlarda şarj kabul edilebilir. Otoyolda kullanılan elektrikli araçların makul bir sürede şarj edilebilmesi için hızlı şarj gereklidir. ⓘ
Şarj edilebilir bir batarya keyfi olarak yüksek bir hızda şarj edilemez. Bataryanın iç direnci ısı üretir ve aşırı sıcaklık artışı bataryaya zarar verir veya bataryayı tahrip eder. Bazı tipler için maksimum şarj oranı, aktif malzemenin sıvı elektrolitten yayılma hızıyla sınırlı olacaktır. Yüksek şarj hızları bir aküde aşırı gaz üretebilir veya akü kapasitesini kalıcı olarak düşüren zararlı yan reaksiyonlara neden olabilir. Çok kabaca ve birçok istisna ve uyarı ile birlikte, bir akünün tam kapasitesini bir saat veya daha kısa sürede geri yüklemek hızlı şarj olarak kabul edilir. Bir akü şarj sistemi, daha yavaş şarj için tasarlanmış bir şarj cihazına kıyasla hızlı şarj için daha karmaşık kontrol devresi ve şarj stratejileri içerecektir. ⓘ
Aktif bileşenler
İkincil bir hücredeki aktif bileşenler, pozitif ve negatif aktif malzemeleri oluşturan kimyasallar ve elektrolittir. Pozitif ve negatif elektrotlar farklı malzemelerden oluşur, pozitif olan bir indirgeme potansiyeli sergilerken negatif olan bir oksidasyon potansiyeline sahiptir. Bu yarı reaksiyonlardan elde edilen potansiyellerin toplamı standart hücre potansiyeli veya voltajıdır. ⓘ
Birincil hücrelerde pozitif ve negatif elektrotlar sırasıyla katot ve anot olarak bilinir. Bu gelenek bazen şarj edilebilir sistemlere -özellikle de kökenleri birincil lityum hücrelere dayandığı için lityum-iyon hücrelere- taşınsa da bu uygulama karışıklığa yol açabilir. Şarj edilebilir hücrelerde pozitif elektrot deşarj sırasında katot ve şarj sırasında anottur ve negatif elektrot için bunun tersi geçerlidir. ⓘ
Türler
Ticari tipler
Fransız fizikçi Gaston Planté tarafından 1859 yılında icat edilen kurşun-asit akü, en eski şarj edilebilir akü türüdür. Çok düşük bir enerji/ağırlık oranına ve düşük bir enerji/hacim oranına sahip olmasına rağmen, yüksek dalgalanma akımları sağlama yeteneği, hücrelerin nispeten büyük bir güç/ağırlık oranına sahip olduğu anlamına gelir. Bu özellikler, düşük maliyetle birlikte, otomobil marş motorlarının ihtiyaç duyduğu yüksek akımı sağlamak için motorlu araçlarda kullanımını cazip hale getirmektedir. ⓘ
Nikel-kadmiyum pil (NiCd) 1899 yılında İsveçli Waldemar Jungner tarafından icat edilmiştir. Elektrot olarak nikel oksit hidroksit ve metalik kadmiyum kullanır. Kadmiyum zehirli bir elementtir ve 2004 yılında Avrupa Birliği tarafından çoğu kullanım için yasaklanmıştır. Nikel-kadmiyum pillerin yerini neredeyse tamamen nikel-metal hidrit (NiMH) piller almıştır. ⓘ
Nikel-demir pil (NiFe) de 1899 yılında Waldemar Jungner tarafından geliştirilmiş ve 1901 yılında Thomas Edison tarafından Amerika Birleşik Devletleri'nde elektrikli araçlar ve demiryolu sinyalizasyonu için ticarileştirilmiştir. Toksik cıva, kadmiyum veya kurşun içeren birçok pil türünün aksine, yalnızca toksik olmayan elementlerden oluşur. ⓘ
Nikel-metal hidrit pil (NiMH) 1989 yılında kullanıma sunulmuştur. Bunlar artık yaygın bir tüketici ve endüstriyel tiptir. Pilin negatif elektrotunda kadmiyum yerine hidrojen emici bir alaşım bulunmaktadır. ⓘ
Lityum-iyon pil 1991 yılında piyasaya sürülmüştür ve en iyi enerji yoğunluğuna ve kullanılmadığında çok yavaş şarj kaybına sahip olması nedeniyle çoğu tüketici elektroniğinde tercih edilmektedir. Bunun da dezavantajları vardır, özellikle de pilin ürettiği ısıdan kaynaklanan beklenmedik tutuşma riski. Bu tür olaylar nadirdir ve uzmanlara göre "uygun tasarım, kurulum, prosedürler ve güvenlik önlemleri katmanları yoluyla" en aza indirilebilir, böylece risk kabul edilebilir. ⓘ
Lityum-iyon polimer piller (LiPo) hafiftir, biraz daha yüksek maliyetle Li-ion'dan biraz daha yüksek enerji yoğunluğu sunar ve herhangi bir şekilde yapılabilir. Bunlar mevcuttur ancak piyasada Li-ion'un yerini almamıştır. LiPo pillerin birincil kullanım alanı uzaktan kumandalı arabalara, teknelere ve uçaklara güç sağlamaktır. LiPo paketleri, belirli R/C araçlarına ve helikopterlere veya dronlara güç sağlamak için 44,4v'a kadar çeşitli konfigürasyonlarda tüketici pazarında kolayca bulunabilir. Bazı test raporları, piller talimatlara uygun olarak kullanılmadığında yangın riski konusunda uyarmaktadır. Teknolojinin bağımsız incelemeleri, sıvı elektrolit kullandıkları için belirli koşullar altında Lityum-iyon pillerden kaynaklanan yangın ve patlama riskini tartışmaktadır. ⓘ
Diğer deneysel tipler
| Tip | Voltagea | Enerji yoğunluğub | Powerc | E/$e | Self-disch.f | Şarj Verimliliği | Cyclesg | Hayat ⓘ | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (V) | (MJ/kg) | (Wh/kg) | (Wh/L) | (W/kg) | (Wh/$) | (%/ay) | (%) | (#) | (yıl) | |
| Lityum-sülfür | 2.0 | 0.94–1.44 | 400 | 350 | ~1400 | |||||
| Sodyum-iyon | 3.6 | 30 | 3.3 | 5000+ | Test | |||||
| İnce film lityum | ? | 1.1 | 300 | 959 | 6000 | ?p | 40000 | |||
| Çinko-bromür | 1.8 | 0.27–0.31 | 75–85 | |||||||
| Çinko-seryum | 2.5 | Test altında | ||||||||
| Vanadyum redoksu | 1.15–1.55 | 0.09–0.13 | 25–35 | 20% | 20,000 | 25 yıl | ||||
| Sodyum-sülfür | 0.54 | 150 | 89–92% | 2500–4500 | ||||||
| Erimiş tuz | 2.58 | 0.25–1.04 | 70–290 | 160 | 150–220 | 4.54 | 3000+ | <=20 | ||
| Gümüş-Çinko | 1.86 | 0.47 | 130 | 240 | ||||||
| Kuantum pil (oksit yarı iletken) | 1.5–3 | 500 | 8000 (W/L) | 100,000 | ||||||
‡ Bu parametreler için alıntılara ihtiyaç vardır ⓘ
- Notlar
- a V cinsinden nominal hücre voltajı.
- b Enerji yoğunluğu = enerji/ağırlık veya enerji/boyut, üç farklı birimde verilir
- c Özgül güç = W/kg cinsinden güç/ağırlık
- e W-h/ABD$ cinsinden enerji/tüketici fiyatı (yaklaşık)
- f %/ay cinsinden kendi kendine deşarj oranı
- g Döngü sayısı olarak döngü dayanıklılığı
- h Yıl cinsinden zaman dayanıklılığı
- i VRLA veya rekombinant jel aküleri ve absorbe cam matları içerir
- p Pilot üretim ⓘ
Lityum-sülfür batarya 1994 yılında Sion Power tarafından geliştirilmiştir. Şirket diğer lityum teknolojilerine göre daha üstün enerji yoğunluğu olduğunu iddia etmektedir. ⓘ
İnce film batarya (TFB) Excellatron tarafından lityum iyon teknolojisinin geliştirilmiş halidir. Geliştiriciler, şarj döngülerinde yaklaşık 40.000'e kadar büyük bir artış ve en az 5 C şarj oranı olmak üzere daha yüksek şarj ve deşarj oranları iddia etmektedir. Sürekli 60 C deşarj ve 1000C pik deşarj oranı ve spesifik enerji ve enerji yoğunluğunda önemli bir artış. ⓘ
Bazı uygulamalarda lityum demir fosfat batarya kullanılmaktadır. ⓘ
Avustralya'nın ulusal bilim kuruluşu CSIRO tarafından icat edilen hibrit bir kurşun-asit batarya ve ultrakapasitör olan UltraBattery, on binlerce kısmi şarj durumu döngüsü sergilemektedir ve bu modda değişkenlik yönetimi güç profillerine karşı yapılan testlerde geleneksel kurşun-asit, lityum ve NiMH tabanlı hücrelerden daha iyi performans göstermiştir. UltraBattery'nin Avustralya, Japonya ve ABD'de kW ve MW ölçekli kurulumları mevcuttur. Ayrıca hibrit elektrikli araçlarda kapsamlı testlere tabi tutulmuş ve bir kurye aracında yol üstü ticari testlerde 100.000 araç milinden fazla dayandığı gösterilmiştir. Teknolojinin, yüksek oranda kısmi şarjlı kullanımda geleneksel kurşun-asit akülerin 7 ila 10 katı kullanım ömrüne sahip olduğu ve lityum-iyon gibi rakiplerine göre güvenlik ve çevresel faydalar sağladığı iddia edilmektedir. Üreticisi, ürün için neredeyse %100 geri dönüşüm oranının halihazırda mevcut olduğunu öne sürmektedir. ⓘ
Potasyum-iyon batarya, Prusya mavisi gibi potasyum ekleme/çıkarma malzemelerinin olağanüstü elektrokimyasal kararlılığı sayesinde yaklaşık bir milyon döngü sağlamaktadır. ⓘ
Sodyum-iyon akü sabit depolama içindir ve kurşun-asit akülerle rekabet etmektedir. Depolama için kWh başına düşük bir toplam sahip olma maliyeti hedeflemektedir. Bu, uzun ve istikrarlı bir kullanım ömrü ile elde edilir. Etkin döngü sayısı 5000'in üzerindedir ve batarya derin deşarjdan zarar görmez. Enerji yoğunluğu oldukça düşüktür, kurşun-asitten biraz daha düşüktür. ⓘ
Alternatifler
Şarj edilebilir bir batarya, şarj edilebilir enerji depolama sistemlerinin çeşitli türlerinden yalnızca biridir. Şarj edilebilir pillerin çeşitli alternatifleri mevcuttur veya geliştirilme aşamasındadır. Taşınabilir radyolar gibi kullanımlar için, şarj edilebilir pillerin yerini elle sarılan ve dinamoları çalıştıran saat mekanizmaları alabilir, ancak bu sistem radyoyu doğrudan çalıştırmak yerine bir pili şarj etmek için kullanılabilir. El fenerleri doğrudan bir dinamo tarafından çalıştırılabilir. Ulaşım, kesintisiz güç kaynağı sistemleri ve laboratuarlar için volan enerji depolama sistemleri, gerektiğinde elektrik gücüne dönüştürülmek üzere dönen bir rotorda enerji depolar; bu tür sistemler, aksi takdirde ortak bir elektrik şebekesinde sakıncalı olabilecek büyük güç darbeleri sağlamak için kullanılabilir. ⓘ
Ultrakapasitörler - son derece yüksek değerli kapasitörler - de kullanılmaktadır; 90 saniyede şarj olan ve şarj edilebilir pil kullanan bir cihazın yaklaşık yarısı kadar vida açabilen bir elektrikli tornavida 2007 yılında tanıtılmıştır ve benzer el fenerleri üretilmiştir. Ultrakapasitör kavramına uygun olarak, betavoltaik piller ikincil bir pile damlama şarjı sağlamak için bir yöntem olarak kullanılabilir ve kullanılan pil sisteminin ömrünü ve enerji kapasitesini büyük ölçüde uzatır; bu tür bir düzenleme sektördekiler tarafından genellikle "hibrid betavoltaik güç kaynağı" olarak adlandırılır. ⓘ
Ultrakapasitörler, hibrid araçlarda kullanılan şarj edilebilir batarya bankaları yerine enerji depolamak için büyük bir kapasitör kullanarak ulaşım için geliştirilmektedir. Kapasitörlerin bataryalara kıyasla bir dezavantajı terminal voltajının hızla düşmesidir; başlangıçtaki enerjisinin %25'i kalan bir kapasitör başlangıçtaki voltajının yarısına sahip olacaktır. Buna karşın, batarya sistemleri neredeyse tükenene kadar hızla düşmeyen bir terminal voltajına sahip olma eğilimindedir. Bu terminal voltaj düşüşü, ultrakapasitörlerle kullanım için güç elektroniği tasarımını zorlaştırır. Bununla birlikte, şarj edilebilir sistemlere kıyasla çevrim verimliliği, kullanım ömrü ve ağırlıkta potansiyel faydalar vardır. Çin 2006 yılında iki ticari otobüs güzergahında ultrakapasitör kullanmaya başlamıştır; bunlardan biri Şangay'daki 11 numaralı güzergahtır. ⓘ
Özel uygulamalar için kullanılan akış bataryaları, elektrolit sıvısı değiştirilerek yeniden şarj edilir. Akış bataryası bir tür şarj edilebilir yakıt hücresi olarak düşünülebilir. ⓘ
Araştırma
Şarj edilebilir pil araştırmaları, yeni elektrokimyasal sistemlerin geliştirilmesinin yanı sıra mevcut tiplerin ömrünün ve kapasitesinin iyileştirilmesini de içermektedir. ⓘ
Otomotiv aküsü
Benzinli ve Dizel araçlar için akü
Otomotiv aküsü motorlu araca elektrik akımı sağlayan yeniden doldurulabilir bir aküdür. Esas amacı motoru çalıştıran marş motorunu beslemektir. Motor çalışır çalışmaz, arabanın elektrik sistemleri için gerekli güç talepleri artarken ya da azalırken hâlâ şarj eden alternatör ile birlikte akü tarafından sağlanır. ⓘ
Tipik olarak, marş yapma akü kapasitesinin % 3'ünden daha azını kullanır. Bu nedenle, oto aküleri kısa bir zaman süresinde maksimum akım verecek şekilde tasarlanırlar. Bu nedenle bazen "SLI aküler" olarak anılırlar. Starting=marş yapma, Lighting=Aydınlatma ve Ignition=Ateşleme anlamındadır. SLI aküler derin deşarj için tasarlanmamıştır ve tam deşarj akünün ömrünü azaltabilir. ⓘ
Motoru marş yaptırmanın yanı sıra SLI akünün görevi, aracın elektriksel şartları şarj sisteminden gelen arzı aştığında gerekli ek gücü sağlamaktır. Ayrıca muhtemel gerilim kıvılcımlarını yok eden bir dengeleyicidir. ⓘ
Motor çalışırken gücün çoğunluğu, 13,5 ile 14,5 V arasında çıkışı sürdüren voltaj regülatörüne sahip bir alternatör tarafından sağlanır. ⓘ
Akünün görevi; marş motorunu, ateşleme sistemini, doğru akımla çalışan tüm devreleri, ışık ve alıcıları beslemektir. ⓘ
Tasarımı
Oto aküsü altı hücresiyle ıslak hücre aküsünün bir örneğidir. Kurşun depolamalı akünün her bir hücresi, gözenekli kurşunla doldurulmuş (katot plakalar) kurşun alaşım ızgara ya da kurşun dioksit (anot) ile kaplanarak yapılan alternatif plakalardan oluşur. Her hücre elektrolit olan sülfürik asit çözeltisi ile doldurulur. ⓘ
Hücreler, bir hücrenin pozitif plakalarından bitişikteki hücrenin negatif plakalarına kısa ağır şeritlerle birleştirilir. Korozyona dayanması için kurşunla kaplı ağır terminal çifti akünün yukarısına yataklanır. Modern birimlerin plastik kasaları ve hücrenin plakalarını temastan ve kısa devreden koruyan örme tabakaları vardır. Benzinli motorlarda kullanılan 12 voltluk akü, birbirine seri olarak bağlanmış altı adet elemandan meydana gelmiştir. Genellikle her eleman, içerisinde yine birbirine seri bağlı 4 pozitif, 5 negatif yüklü plakadan oluşur. Bu plakalar, kurşun-antimuan alaşımı petek üzerine, aktif maddelerin sıvanarak fırınlanması sonucu oluşur. Pozitif plakalar aktif madde olarak, kurşundioksit içerir. Negatif plakalar aktif madde olarak, saf kurşun içerir. Bu tür plakalar arasına, kısa devreyi önlemek için plakaları yalıtan ayırıcılar yerleştirilir. Ayırıcılar, plakalar arasındaki kimyasal tepkimeyi engellemeyecek şekilde çok küçük gözenekleri bulunan plastiklerden yapılır. Akünün içinde sülfürik asit - saf su karışımı olan elektrolit konulur. Karışımda %39 asit, %61 su vardır. Elemanlar arası seri köprülerle bağlanmıştır. ⓘ
Ayrıca bakınız
- Boşalma derinliği ⓘ
Galeri
Oto Akümülatörü ve parçaları
Oto Akümülatörü ve parçaları
Oto Akümülatörü ve parçaları ⓘ
.jpg)
.jpg)