Elektrik bataryalarının geleceğinde ne var?

elektrikli batarya

Piyasa araştırmaları şirketi Mordor Intelligence’ın raporuna göre, son on yılda gelişen pil piyasasının önümüzdeki 5 yıl içinde %12 oranında büyümesi bekleniyor.

Son on yılda, Tesla, Dyson ve Daimler gibi şirketlerin hepsi, daha küçük şirketler edinerek veya yeni fabrikalar kurarak, milyar dolarlık yatırım yaptı. Bu sebeplerle, 2025 itibariyle pil sektörü 90 milyar dolara ulaşacak.

Peki pil sektöründeki bu büyümeye ne sebep olacak? Lityum-iyon pillerinin fiyatının azalması, kişisel elektronikler, elektrikli arabaların yanı sıra güneş ve rüzgar enerjisini depolayan sistemlerin artmasının bu büyümeyi sağlayacağı düşünülüyor.

Pil sektöründeki bu büyümeyle birlikte atık miktarı da artacak. Lityum iyon pilleri için geri dönüşüm oranı ABD ve Avrupa’da sadece %5. Araştırmacılar bu yüzden, lityum iyon pillerini daha geri dönüştürülebilir hale getirmek için pek çok yol arıyor.

Bunların hepsi şu soruyu akla getiriyor: Daha ucuz, daha çevre dostu piller var mı? Daha iyi bir şey kullanabilir miyiz? Pillerin geleceği nasıl olacak?

Birçok insan olasılıkları araştırıyor. 1990’lardan beri, pille ilgili 300.000’den fazla patent başvurusu yapılmıştır.Bu buluşların büyük bir yüzdesi lityum iyon teknolojisi ile ilgili olsa da, katı hal elektroliti, silikon bazlı anot, lityum-hava, grafen ve lityum iyondan daha iyi olmayan ancak muhtemelen daha verimli olan diğerleri.

Bu yeni pil türlerinin çoğu muhtemelen önümüzdeki on yıllarda lityum iyon kadar geniş pazarlanmayacak olsa da, gerçekten büyük niş pazarlara hizmet edebilir. İşte popüler pil piyasalarından bazıları:

Lityum demir fosfat

Çevreye duyarlı kimyacılar, lityum-demir-fosfat ile enerji depolamanın avantajları olsa da onun da tıpkı lityum-iyon pil gibi zararlı olduğunu söyleyecektir. lityum-demir-fosfat pilleri, daha ucuz, daha yoğun enerjiye sahip, daha uzun ömürlü olabilir. Ancak yine de son derece ağırdı, içinde hala lityum içerdiği için zararlıdır ve geri dönüşüm yolu belirsizdir.

Bu nedenle, çok az kişi lityum-demir-fosfat pilleri benimsemiş ve geri dönüşüm oranlarının ne kadar iyi olduğunu bilmeyi zorlaştırmıştır. Yine de bazı araştırmacılar, bu pilleri bileşen parçalara ayrılmanın daha kolay olduğunu iddia ediyorlar.

Lityum sülfür

Bazu uzmanlar, pillerin hafif ve daha enerji yüklü olması için lityum-iyon pillerin yerine lityum-enerji depolamanın daha iyi olduğunu söylüyor. Daha bol ve daha ucuz olması kükürtü cazip kılıyor.

Lityum-iyon ve lityum-kükürt pillerin çalışması arasındaki fark ise sabit bir garaj benzetmesi ile anlaşılabilir. Bir lityum-iyon pilin şarj edilmesi ve boşaltılması, bir garaja girip çıkarken araba sürmeye benzerken, lityum-kükürt pil neredeyse tüm garaj yapısını yıkıp yeniden yapmak gibidir.

Daha fazla elektron depolayabilme avantajına sahip olmasına rağmen kükürt, düşük iletkenliğe sahiptir ve lityum-kükürt pilleri boşaldıktan sonra hacimleri değişir.

Waterloo Üniversitesi laboratuarındaki araştırmacılar, pillerin çevrim ömrünü uzatmak ve pilin tepkilerini optimize etmek için pilin bileşenlerini değiştirdi. Bataryanın zorluklarının bir kısmı çözülürse bu bataryaların havacılık ve dronelarda kullanılması öngörülüyor. Uzun elektrikle çalışan uçuşların bir kısmını gerçekleştiren Zephyr uçakları ve insansız hava araçları genellikle lityum-kükürt pilleri kullanır.

Sodyum iyonu

Bu konuda çalışan araştırmacılar, sodyum-iyon pilleri çok daha düşük maliyetli olan demir, manganez ve titanyum gibi elementlerden yapılan pozitif elektrotlar olan toprak elementlerle çalışma imkanı vermesi açıdan olumlu buluyor. Ancak bu sodyum tepkileri, lityum ile çalışmaktan daha zordur. Ancak lityum-iyon pillerinin maliyeti gün geçtikçe düşerken yine de şirketlerin sodyuma yatırım yapmayacağı düşünülüyor.

Yine de sodyum-iyon pilleri daha çok kaynak ayırmaya değer. Çok daha verimli çalışan ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip bu piller, ileriye dönük bir adım gibi görünüyor.

Şeker

Şeker pillerinin malzeme mevcudiyeti ve çevre dostu olması lityum-iyon pillerden çok daha iyi olmasına rağmen, kimyasal reaksiyonlarının yarattığı voltaj oldukça düşüktür.

2016 yılında, Profesör Michael Strano liderliğindeki bir Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ekibi, önceki şeker pil enkarnasyonlarından çok daha verimli olan ve LED ışığı çalıştırabilen Thermopower Wave adlı bir cihaz yarattı. bu pilleri üretmenin uygun bir yolu bulunabilirse , bu teknoloji hızlı bir şekilde ölçeklendirilebilir. Ancak şeker pillerinin ticari kullanılabilirliği için henüz vakit var gibi görünüyor.

Akış

Bir akış pili diğerlerinden farklı olarak yapılandırılmıştır: Normal pillerde olduğu gibi bir grup reaktif malzemeyi bir arada paketlemek yerine, akış pilleri reaktif sıvıları ayrı kaplara koyarak enerji oluşturmak için sisteme pompalar.

Ağırlığı oldukça fazla olan bu pil çeşitleri, kişisel aletler için değil orta ve büyük ölçekli depolamalar için çözüm sağlayacak.

Kağıt

Kağıttan pil üretmek, kağıdın ince, esnek ve doğru malzemelerle üretilirse biyolojik olarak parçalanabilir özellikleri sayesinde pek çok avantaja sahip.

Binghamton Üniversitesi’nde geliştirilen kağıt piller, yüksek bir güç-maliyet oranı gösteriyor. Bu çevre dostu kağıt pillerin ticari kullanımı, düşük elektrik çıkışları göz önüne alındığında sınırlı olsa da araştırmacılar, bunların elektronik, kablosuz cihazlar, kalp pili, uçak gibi tıbbi uygulamalarda kullanıldığını görmeyi umuyor. Ayrıca pillere erişimin zor olduğu ülkelerde, bakım noktası teşhis araçları için bunların tek kullanımlık güç kaynakları olarak kullanılabileceğini öneriyorlar.

Hava

Oksijen ve çinko arasındaki reaksiyonla güçlendirilen çinko-hava pilleri, uzun yıllardır işitme cihazlarında kullanılıyor. Çinkonun ucuz ve bol oluşu, bu teknolojiyi hem ekonomik hem de çevre dostu hale getiriyor.

Ancak bu teknoloji şarj sırasında dendrit kristalleri oluşabilir ve pili kısa devre yapabilir.

Demir

Birkaç yıl önce, Idaho Üniversitesi kimya profesörü Peter Allen, demir ile pil denemeleri gerçekleştirdi. İki yıl boyunca bu konuda çalıştıktan sonra bu oldukça yavaş çalıştığı sonucuna vardı. Daha sonra, bu hız sorunu çözülse bile demir pillerin ancak bir mahalle büyüklüğünde olması halinde güneş enerjisi santralini dolduracak güçte olacağına karar verdi.

Kim kazanacak?

Çok sayıda pil icatını gözden geçirdikten sonra, sadece birkaç tanesinin gerçekten piyasaya süreceğini fark ediliyor. Maalesef pillerin ticari hale getirilip getiremeyeceğini araştırmak bile büyük bir bütçe meselesi. Piyasanın büyümesiyle, lityum-iyon enerji pilleri muhtemelen en az 10 yıl daha enerji sektörüne hakim olsa da diğer fikirlerin ortaya çıkması bekleniyor.

Merve Şimşek
Merve Şimşek, 1996 yılı Muğla doğumludur. Yıldız Teknik Üniversitesi’ndeki mimarlık eğitimini 2019 yılında tamamladı. Eğitimi sırasında mimari ofislerde gerçekleştirdiği staj çalışmalarına ek olarak Natura ve YAPI dergilerinin editör ekibinde yer aldı. Halen Natura Dergi’nin editörlüğünü yürütüyor. Mimari, sanat, edebiyata ek olarak teknoloji ve bilim konularına ilgi duyuyor. İngilizce ve İspanyolca biliyor.