Amatör Teknik

Piller – 103: Küresel Batarya Pazarı

Pil nedir?

Cleveland merkezli bir endüstri araştırma firması olan Freedonia Group’a göre, dünyanın birincil ve ikincil pillere olan talebinin yılda yüzde 7,7 artarak 2019 yılında 120 milyar ABD doları bulacağı tahmin ediliyor. Frost & Sullivan araştırma firmasına göre de gerçek büyüme ikincil (şarj edilebilir) pillerde gerçekleşiyor ve ikincil piller 2015 yılında yüzde 82,6’ya yükselmesi beklenen küresel pazarın yüzde 76,4’ünü oluşturuyor. Bu artan büyüme ve talep artışını nedeni ise cep telefonları ve tabletlerden kaynaklanıyor. Daha önceki tahminlerde elektrikli araçlarda olan talebin daha fazla olacağı tahmin ediliyordu ama o tahmin rakamları gerçekleşen talep doğrultusunda aşağı doğru çekildi.

2009 yılında, birincil piller küresel pazarın yüzde 23,6’sını oluşturdu ve Frost & Sullivan 2015 yılına kadar yüzde 7,4’lük bir düşüş öngördü. Şarj edilemeyen piller çoğunlukla saatlerde, oyuncaklarda, fenerlerde ve askeri muharebe araçlarında kullanılıyor. Ama bunlarda yavaş yavaş yerlerini yeni nesil bataryalara terk ediyorlar. Örneğin Seiko 20 yıldır bazı saat modellerinde şarj edilebilen lityum piller kullanıyor.

Batarya Tiplerine Genel Bakış

Piller içerdikleri kimyasal ve metallere göre sınıflandırılır ve en yaygın olanları lityum, kurşun ve nikel bazlı sistemlerdir. Şekil 1, bu kimyasalların dağılımını göstermektedir. Yüzde 37 gelir payı ile Li-ion, taşınabilir cihazlar ve elektrikli aktarma organları için en çok tercih edilen bataryadır ve günümüzde de tahtını sarsabilecek bir alternatifi hala yoktur.

PK 103 001Şekil 1: Değişik Batarya Yapılarının Piyasa Payları
37% Lityum-ion
20% Kurşun-Asit, Güç Kaynağı ve Otomotiv Aküleri
15% Alkalin, birincil (şarj edilemeyen)
8%   Kurşun-Asit, sabit cihazlar
6%   Çinko-karbon, (şarj edilemeyen)
5%   Kurşun-Asit, derin-şarj (elektrikli koltuklar, bisikletler)
3%   Nikel-metal-hidrit
3%   Lityum, (şarj edilemeyen)
2%   Nikel-kadmiyum
1%   Diğer

Kurşun asit bataryalar sağlamlığı ve ekonomik olması nedeni ile seri üretim taşıt ve cihaz üretimine yönelik toplu kullanımlarda hala rakipsiz olarak açık ara ile önde gitmektedir. Li-ion bataryaların kurşun asit pazarınada girmesine rağmen hem ekonomik olmaması açısından hem de güvenirliği tam oturtulamadığı için kurşun asit bataryalara olan talep günbegün artmaktadır. Uygulamalar, SLI (% 20) olarak da bilinen otomotiv için marş aküleri, güç yedeklemesi için sabit aküler (% 8) ve golf arabaları, tekerlekli sandalyeler ve makaslı asansörler gibi tekerlekli mobilite (% 5) için derin çevrim aküler (% 5) olarak ayrılmıştır.

Yüksek özgün enerji ve uzun süreli depolama yeteneği alkalin bataryayı Georine Leclanché’nin 1868’de icat ettiği karbon-çinkodan daha popüler hale getirdi. Daha önce nikel-kadmiyum ( NiCd) tarafından tutulan pazar payına artık Nikel-metal-hidrit (NiMH) bataryalar geçti. Ancak, yüzde 3, ve de günbegün küçülen, pazar payı, ile NiMH her gün daha gerileyip küçülen bir oyuncu haline geldi.

Son zamanlarda ortaya çıkan yeni bir batarya pazarı da kişisel ulaşım için kullanılan elektrikli güç aktarma sistemleridir. Akü maliyeti, uzun ömür ve çevre sorunları, otomotiv sektörünün bu yeni sistemi ne kadar çabuk benimseyeceğini belirleyecektir.

Fosil yakıt kullanımının özellikle Kuzey Amerika’da ucuz, kullanışlı ve kolayca temin edilebilir olması alternatif sistemlerin sert bir muhalefetle karşı karşıya kalmasına neden oluyor. Bu direnci kırabilmek için bu sistemleri üretip kullananlara devlet teşvikleri gerekebilir, ancak bu tür bir müdahale de gerçek enerji maliyeti dengelerini bozar, fosil yakıtla ilgili problemleri korur ve belirli lobi gruplarına kısa vadeli çözümlerle hizmet eder. (Bkz. PK-1002: Elektrikli Güç Aktarma Sistemi, HEV, PEV.)

Batarya kullanımını arttıran yeni pazarlar elektrikli bisikletler, ev sahiplerinin, işletmelerin ve gelişmekte olan ülkelerin yararlandığı yenilenebilir enerji (güneş ve rüzgar) için ve depolama sistemleridir. Büyük kapasiteli aküler, enerji üretiminin fazla olduğu zamanda kullanılmayan fazla enerjiyi toplar ve enerji girişi düşük olduğunda veya kullanıcı talebi yüksek olduğunda ise aradaki boşluğu doldurur.(Bkz. PK-1001: Endüstriyel Pazar için Bataryalar.)

Bataryalardaki Gelişmeler

Bataryalar cephesinde gelişmeler istenen daha uzun çalışma süreleri için artan özgün enerjiyi ve yüksek akım gereksinimleri için geliştirilmiş özgün gücü karşılayabilmek için iki ana koldan ilerlemektedir. Bir bataryanın bir özelliğinin geliştirilmesi diğerini otomatik olarak güçlendirmeyebilir ve genellikle bir biri için diğerinden fedakarlık edilir. Şekil 2, Wh / kg cinsinden özgül enerji ile W / kg cinsinden özgül güç arasındaki ilişkiyi göstermektedir. 

PK 103 02
Şekil 2: Şarj edilebilir pillerin özgün enerjisi ve özgün gücü.Özgün enerji, bir pilin kilogram başına watt-saat cinsinden tutabileceği kapasitedir (Wh / kg); özgün güç, pilin kilogram başına watt (W / kg) olarak güç verme yeteneğidir.

Özgül enerji ve özgül güç açısından en iyi performans gösteren batarya ikincil lityum metaldir (Li-metal). 1980’lerde Moli Energy tarafından erken bir piyasaya tanıtıldı, ancak anot üzerine kaplı metalik lityum da ortaya çıkan dengesizlik 1991’de geri toplanmasına neden oldu. Katı lityum, zamanla kısa devrelere neden olan metal köprüler veya kristal kümeleri oluşturma eğilimindedir. Diğer üreticiler de bu sorunu çözmek için çok uğraştılarsa da netice yapılan bütün araştırmaların durdurulmasıyla sonuçlandı.

Ama ortaya çıkan bütün bu olumsuzluklara rağmen Li-metalin benzersiz nitelikleri, üreticilerin bu güçlü yapıya tekrar tekrar dönmelerine neden oluyor. Kristal kümelerinin kontrol altına alınması ve istenen güvenlik standardının sağlanması belki metalik lityumun kalay ve silikon ile karıştırılmasıyla elde edilebilecektir. Grafen de ayrıca gelişmiş bir ayırıcı olarak denenmektedir. Grafen, altıgen bir petek halinde birbirine bağlanmış bir atom kalınlığına sahip ince bir saf karbon tabakasıdır. (Bkz. PK-309: Li-iyonda Grafit Nasıl Çalışır?)

Bu arada kristal kümelerinin büyümesini önleyen çok katmanlı ayırıcılar da denenmiştir. Yeni deneysel Li-metal bataryalar 300Wh / kg’a ulaşabiliyor ve potansiyel olrak ta çok daha yüksek verime ulaşabileceği düşünülüyor. Bu da elektrikli araç üreticilerin ilgisini canlı tutmaya yarayan en önemli etken olarak ortaya çıkıyor. (Bkz. PK-212: Deneysel Şarj Edilebilir Piller.)

Serinin Önceki Bölümleri

  1. Bölüm
  2. Bölüm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir