Çoğu batarya sistemi bir saat kadar bir zaman içinde hızlıca şarj edilebilme olanağı sağlar. Bataryaya yüklenen enerji de yaklaşık olarak aynı zamanda geri çekilebilir, yani şarj ve deşarj süreleri benzer hale getirilebilir. Kurşun asit batarya çok yüksek bir akım sağlayabilmesi ve hızla deşarj edilebilmesi bakımından benzersizdir, ancak tam şarj olması için şarjın 14 saatten fazla sürmesi gerekir. Kurşun asit ayrıca plakaların sülfatlanması gibi oluşan olumsuzlukları düzeltmek için periyodik dengeleme şarjına ihtiyaç duyar.
Düşen şarj kapasitesinin nedeni saf kurşun olan negatif elektrot üzerinde kurşun sülfat oluşumu ve çözünmesiyle ilgilidir. Deşarj sırasında, kurşun sülfat elektrodun yüzeyine yapışır ve şarj sırasında tekrar çözülür. Ağır ilerleyen bu süreç te şarjı hızlandırmaya çalışırken, fazla elektronların gidecek hiçbir yeri yoktur; bu hidrojen oluşumuna ve su kaybına yol açar. Zamanla kurşun sülfat kristalleri elektrodlar üzerinde aşınmaya neden olur ve böylece bataryanın şarj kapasitesi azalır.
Negatif elektrot gibi pozitif elektrot ayrıca kurşun sülfat içerir ancak şarj kapasitesinde aşırı bir azalma yaratmaz. Negatif elektrodun kurşun asit akülerdeki ana sorun olduğu açıktır. Yeni kurşun asit sistemlerde bu sorunu çözmek için yapılan çalışmalarda negatif elektroda eklenen karbon umut veren sonuçlar verdi.
Gelişmiş Kurşun-karbon
Bilim adamları yıllardır sülfat birikiminin klasik kurşun asit bataryada sürekli yüksek verim sağlanmasını önlediğini biliyorlar. Bunun ana nedenleri ise kısmi şarj ve bataryanın yaşıdır çünkü kısmi şarj sırasında negatif kurşun elektrot yeterince sülfat birikiminden arındırılamaz. Gelişmiş kurşun karbon (ALC) bunu negatif elektroda (katoda) karbon ekleyerek çözer. Bu, şarj ve deşarj performansını artırmak için bataryayı yarı asimetrik bir süper kapasitör haline getirir.
Şekil 1, süper kondansatörlerin özelliklerinden yararlanmak için kurşun negatif elektrodu karbon elektrot ile değiştirilmiş klasik bir kurşun asit bataryayı göstermektedir.
 Şekil 1: Klasik kurşun asit bataryanın gelişmiş bir kurşun-karbon aküye dönüşümü.Süper kondansatörlerin özelliklerinden yararlanmak için bataryanın kurşun negatif elektrodu karbon elektrot ile değiştirilmiş. |
ALC bataryalar, start-stop batarya uygulamalarında ve 48V mikro ve hafif hibrit araç sistemlerinde klasik kurşun asit bataryaların yerine geçmeye aday gibi görünüyor ve uzun bir zamandır bunun testleri yürütülüyor. Frenleme sırasında şarj gerilimi üreten yeni taşıt sistemlerinde hızlı şarj olabilme özelliği ALC bataryaların kurşun asit bataryalar karşısında belirleyici bir avantajdır. Li-ion’dan daha büyük ve daha ağır olmasına rağmen, ALC düşük maliyetlidir, donma sıcaklıklarında çalışır ve aktif soğutmaya ihtiyaç duymaz, ki bu avantajların çoğuna Li-ion bataryalar cevap veremez. Normal kurşun asitten farklı olarak, kurşun karbon sülfatlanma korkusu olmadan yüzde 30 ila 70 şarj durumu arasında çalışabilir. ALC’nin normal kurşun asit bataryadan daha uzun olduğu söylenir. Buna karşın en büyük sorunları deşarj sırasında süper kapasitörler gibi hızlı bir gerilim düşüşü yaşamalarıdır.
Yeni Teknoloji Türleri
Firefly Enerji
Firefly Energy bataryasının kompozit plaka malzemesi bir kurşun-asit türevine dayanıyor. Üreticisi bataryanın daha hafif, daha uzun ömürlü olduğunu ve mevcut kurşun asit sistemlerinden daha yüksek bir aktif malzeme kullanımı sunduğunu iddia ediyor. Ayrıca Firefly batarya, kısmi şarj durumlarında bile uzun süre çalışabilen birkaç kurşun asitli bataryadan biridir. Akü, negatif plakalar için karbon köpük elektrotlar içerir, bu da NiMH batarya yapısı ile karşılaştırılabilir ancak üretim maliyeti daha düşüktür. İlk başlarda bir Caterpillar yan kuruluşu olan Firefly Enerji 2010’da iflas etti. Şirket daha sonra sahip değiştirerek canlandırıldı ancak tekrar batmaktan kurtulamadı. 2014 yılından bu yana bu batarya Hindistan’da Firefly Batteries Pvt. Ltd. Tarafından üretiliyor.
Altraverda Bipolar
Firefly Enerji bataryasına benzer şekilde Altraverda bataryası da kurşun esaslıdır. Izgara için Ebonex® adı verilen tescilli bir titanyum sub-oksit seramik yapı ve bir AGM ayırıcı kullanır. Yapıştırılmamış plaka, dış yüzeylerde ince kurşun alaşımlı folyo tutan bir polimer matrisinde Ebonex® parçacıkları içerir. 50-60Wh / kg’lık spesifik bir enerjide, pil NiCd ile karşılaştırılabilir ve yüksek voltaj uygulamaları için çok uygun olduğu söylenir. Merkezi İngiltere’de bulunan Altraverda, ABD’de East Penn şirketi ile birlikte çalışıyor
Axion Power
Axion Power e3 Supercell, pozitif elektrodun standart kurşun dioksitten yapıldığı ve negatif elektrodun aktif karbon olduğu hibrit bir pil/süperkapasitördür. Kabı içindeki bileşenlerin yerleşimi kurşun asit bataryalara benzer. Axion Power aküsü, düzenli kurşun asit sistemlerinde mümkün olandan daha hızlı şarj süreleri ve daha uzun şarj ömrü ve daha uzun çevrim ömrü sunarak mikro hibrit araçlarda start-stop uygulaması için çözüm sunar. Kurşun-karbon kombinasyonu, negatif plaka üzerindeki kurşun içeriğini düşürür, bu da normal bir kurşun aside kıyasla yüzde 30 ağırlık azalmasıyla sonuçlanır. Bununla birlikte, bu, düzenli bir kurşun asidi ile özgün enerjisini 30–50Wh / kg yerine 15-25Wh / kg’a düşürür. Bir diğer olumsuz yanı da süperkapasitör ile benzerlik gösteren deşarjdaki dik voltaj düşüşüdür.
CSIRO Ultrabattery
Avustralya Commonwealth Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Kurumu (CSIRO) tarafından yapılan Ultrabattery, asimetrik ultrakapasitörü kurşun asit batarya ile birleştirerek yukarıda açıklanan gelişmiş kurşun karbon yapı ile benzerlikleri paylaşıyor. Kapasitör, şarj ve deşarj sırasında tampon görevi görerek bataryanın gücünü ve ömrünü uzatır. Bunun batarya ömrünü normal kurşun asit sistemlerine göre dört kat artırarak gücü yüzde 50 artırdığı söyleniyor. Üretici ayrıca hibrid elektrikli araçlardaki mevcut akülere göre yüzde 70’lik bir maliyet düşüşü olduğunu iddia ediyor. CSIRO bataryası bir Honda Insight HEV’de test edildi ve sonuçların pozitif olduğu söylendi. Batarya ayrıca mikro hibrid araçlarda start-stop uygulamaları için test ediliyor. Diğer gelişmiş kurşun asit bataryalardan farklı olarak, hızlı şarj etme yeteneği normal kurşun asit bataryaya göre belirleyici bir avantaj olarak kendini gösteriyor. Bu batarya Japonya’daki Furukawa Battery şirketine lisanslandı ve orada da üretiliyor.
EEStor
Bu, medyada çok dikkat çeken gizemli batarya bir pil / süper kapasitör birleşimidir. Batarya, modifiye edilmiş bir baryum titanat seramik tozuna dayanmaktadır ve lityum iyondan daha yüksek 280Wh / kg’a kadar belirli bir enerji ürettiği iddia ediliyor. Buluşun sahibi şirket buluşları hakkında çok ketum davranıyor ve sadece sınırlı bilgi yayınlıyor. Ortaya atılan şaşırtıcı iddialarından bazıları şunlar: Bir hibrid uygulamada bir NiMH pil ağırlığının onda biri; derin şarj/deşarj döngülerinde yıpranma yok, 3-6 dakika şarj süresi; tehlikeli madde yok; kurşun aside benzer üretim maliyetleri; ve ayda sadece yüzde 0.02’lik bir kendi kendine deşarj. 2013 yılında yapılan testler, katmanlar arasındaki yüksek direnç nedeniyle anlamlı enerji seviyelerine erişemedi bulamadı. Araştırmalar hala devam ediyor.
Geliştirilmiş Sıvı Elektrolitli Batarya (EFB)
Otomobil üreticileri, normal bir marş aküsü start-stop modunda iken yüklendiği ek stresin farkındalar. AGM (emici cam mat) piller tekrar tekrar çalıştırma işlevine dayanabilir, ancak araç üreticileri daha düşük maliyetli bir çözüm peşinde koşuyorlar. Bunun sonucu gelişmiş sıvı elektrolit dolu batarya (EFB) geliştirildi. Testler, EFB’nin normal sıvı elektrolit dolu versiyondan daha iyi performans gösterdiğini, ancak AGM kadar iyi olmadığını ortaya koyuyor. Görüldüğü kadarı ile performansın doğrudan batarya maliyeti ile ilişkili olduğu ortaya çıkıyor.
Sonuç
Batarya uzmanları, kurşun asit bataryaların gelişmesinde karşı karşıya kalınan engellerin en önemlisinin kurşunun kullanılma şeklinde olduğuna inanmaktadır. Aslında kurşun tabanlı teknoloji halen kullanılamayan önemli ölçüde verim potansiyeline sahiptir.
Aktif materyalin iyileştirilmesi ile bunun kullanılmasında daha derin bir bilgi birikimine ulaşılarak bu beklentinin önünün açılacağı düşünülüyor.
