Katı hal piller – 1200 km ve 10 dakikalık şarj: ne zaman seri üretime geçilecek?

Daha yakın bir zamanda, 2014-2018'de dünya, katı hal pillerinin (STA) üretiminin organize edilmesinde gerçek bir patlamaya tanık oldu. Üstelik hem ev aletleri, gadget'lar hem de elektrikli arabalar için.


Örneğin, 2016 yılında Fisker Inc'in başkanı (bu yıl iflas başvurusunda bulundu) şu sözü verdi: elektrikli arabalar TTA'sı ile yeniden şarj etmeden 500 mil yol kat edebilecekler; altı ay sonra bu rakam 400'e, ardından da 300 mil'e düştü. Dyson CEO'su J. Dyson, 2017 yılında şirketinin iki yıldan fazla bir süredir katı hal pilleri üzerinde çalıştığını garanti etti. Ancak elektrikli otomobillerinin 2021 yılında piyasaya sürülmesi planlanan TTA ile donatılıp donatılmayacağı sorusuna yanıt vermedi. 2019 sonbaharında proje durduruldu.


Ancak Çinliler daha da ileri gitti: 2018'de, yeni kurulan Qing Tao Enerji Geliştirme Şirketi'nin liderlerinden biri, Kunshan'da TTA üretimi için bir üretim hattının kurulduğunu kamuoyuna duyurdu. Projeye 144 milyon dolar yatırım yapıldı. Hattın kapasitesinin 2020 yılına kadar yıllık 700 MWh'ye ulaşması bekleniyor. Bu da üretilen pillerin yaklaşık 14 bin elektrikli araca yeteceği anlamına geliyor. Ancak bugün itibarıyla sonuçlarla ilgili herhangi bir haber alınamadı.


VW, BMW ve Toyota endişelerinin temsilcileri o dönemde açıklamalarında daha temkinliydi. İlki, 2025'ten önce TTA'nın seri üretimi hakkında konuştu. Yatırımlar 100 milyon doları buldu. Bavyeralı otomobil üreticisi, yeni kurulan Solid Power (ABD) ile bir anlaşma imzaladı. Hyundai, TTA'nın üretimini organize etmek için bir proje geliştirdiğini bildirdi ancak herhangi bir son tarih verilmedi.


O zamandan beri tutkuların yoğunluğu bir miktar azaldı ve salgın "işini yaptı." Ancak enerji yoğun pillerin üretimine olan ilgi azalmadı. Bunun hakkında daha sonra konuşacağız, ancak önce bunun ne tür bir "canavar" olduğunu anlamaya değer: katı hal pilleri. Sıvı olmayan elektrolitler 19. yüzyılda biliniyordu. Ancak ona olan güçlü ilgi ancak günümüzün ve son yüzyılların başında yenilendi.

Basit Kelimelerle Katı Hal Piller

Üretimleri için Katı Hal Pil adı verilen özel bir teknoloji kullanılıyor. İngilizceden çevrilmiştir - “sağlam gövdeli pil.” TTA ile öncülleri arasındaki temel fark, kompozit (polimer) bir malzeme olan elektrolitin kullanılmasıdır. Çoğu zaman bunlar sülfitler, inorganik oksitler veya seramiklerdir. Her geliştiricinin gizli tuttuğu kendi formülü vardır.


Lityum-iyon piller sıvı, jel veya emprenye kullanır. Ancak katı hal pillerin çalışma prensibi aynıdır: şarj sırasında iyonlar katottan anoda (lityumdan yapılabilir) hareket eder (rolü hava, metal veya kükürt tarafından oynanır) ve kapasite arttığında tam tersi tüketilir. Parçacıkların hareketi elektrolit aracılığıyla gerçekleştirilir. Katı hal pillerin artılarını ve eksilerini değerlendirelim.

Daha iyi enerji yoğunluğu ve daha hızlı yenileme

Lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında TTA'lar birim hacim (ağırlık) başına daha fazla kapasite depolayabilir. Basitçe söylemek gerekirse, aynı ağırlık ve boyutlarda bir katı hal pili, elektrikli bir otomobilin uzun menzilli olmasını sağlayacaktır (kilometre artışı %20-30 olacaktır). Ve lityum iyon akülü bir arabanın kat ettiği mesafeyi alırsanız, aynı mesafe çok daha küçük boyut ve ağırlığa sahip TTA tarafından garanti edilir.


Katı hal pilleri, lityum iyon muadillerine göre daha hızlı şarj olur. Her şey, Ohm yasasına göre daha düşük iç dirençle ilişkilendirilen elektrik akımının daha iyi iletkenliğiyle ilgilidir. Pil şarj hızı açısından modern başarılar üzerinde daha ayrıntılı durmak mantıklıdır.

TTA'nın seri üretimine kim en yakın?

Geçen sonbaharda Toyota, şirketin Idemitsu (Japon petrol şirketi) ile işbirliği yaparak teknolojik bir "atılım" gerçekleştirdiğini ve 2027'de TTA'nın seri üretimine başlamaya hazır olduğunu duyurdu. Yeni batarya sayesinde elektrikli araçların menzili 1200 km'ye ulaşacak, şarj süresi ise 10 dakikaya inecek. Japon otomobil üreticisi 2006'dan beri katı hal pilleri geliştiriyor.


Zaten bu sonbaharda, Tayvanlı ProLogium Technology şirketinin bir temsilcisi, dünyanın ilk kompozit silikon anotlu pilinin oluşturulduğunu duyurdu. Pil 60 dakikada kapasitesini %5 oranında yeniler. Bu da bir elektrikli otomobilin yaklaşık 300 km yol kat etmesi için yeterli.


Katı hal pili bu yıl Ekim ayında Paris'te düzenlenen yıllık otomobil fuarında tanıtıldı. Fuarda ProLogium Technology'den bir temsilci, pil enerji yoğunluğunu ve şarj hızını artırma açısından "2023'ten bu yana rekabette geride bıraktığımızı" söyledi.


Ancak seri üretime geçilmesi veya yeni ürünün fiyatı hakkında herhangi bir bilgi verilmedi. Ayrıca 2028'de kendi katı hal pillerinin büyük ölçekli üretimine başlama sözü veren Nissan Motor'u da not edebilirsiniz. Ve Çin'de, TTA'nın 2030 yılına kadar montaj hattı üretimine dahil edilmesini sağlayan CASIP planı eyalet düzeyinde uygulamaya konuldu.

Düşük maliyet ve güvenlik

İlk avantaj, kobalt gibi pahalı bileşenlerin daha az kullanılmasıyla ilişkilidir. Katı hal pilinin çok az bileşeni vardır: ayırıcılar ve diğer bazı öğeler eksiktir. Lityum iyon pillerin boyutu ve ağırlığı daha büyüktür. TTA'lar soğutma gerektirmez, daha uzun ömürlüdür ve sürekli şarj ve deşarj sırasında çok az aşınmaya maruz kalırlar.


Bu tür piller, lityum iyon pillere göre çevreye daha az tehlike oluşturur. İkincisi, pilin hasar görmesi veya aşırı yüklenmesi durumunda açığa çıkabilecek flor bileşikleri içerir. Ayrıca TTA'ların kendi kendine deşarj düzeyi çok düşüktür; patlamazlar veya kendiliğinden tutuşmazlar: elektrolit bunlardan dışarı taşamaz. Yenilikçi pillerin avantajları burada bitiyor, peki ya dezavantajları?

TTA'nın Eksileri

İlk sorun, imalatın karmaşıklığıdır: ürünler hassas teknolojilerin kullanılmasını gerektirir. Gerekli yoğunluğu sağlayan homojen yapıya sahip katı bir elektrolit kullanılması gerekmektedir. En ufak yabancı maddeler, ürünlerin güvenilirliğini ve verimliliğini keskin bir şekilde azaltır.

Şu anda üzerinde aktif olarak çalışılan bir sonraki dezavantaj, oksijene, neme ve düşük sıcaklıklara karşı yüksek hassasiyettir. Soğuk iklimlerde TTA ile ilgili sorunlar ortaya çıkacak: kapasite düşecek. Pillerin ısıtılması gerekecek veya farklı bir katı elektrolite sahip ürünlerin geliştirilmesi gerekecek. Bir dezavantaj daha var - dünya standartlarının olmaması. Bu, farklı TTA türlerinin belirli elektrikli otomobil modelleriyle uyumluluğuna engel teşkil edebilir.


TTA üreticileri ile devlet kurumları, otomobil şirketleri ve diğer ilgili taraflar arasındaki işbirliği gereklidir. Ancak şunu söylemekte fayda var: Bugün katı hal pillerin tüm avantajları ve dezavantajları, kullanımları konusunda uzun vadeli bir deneyim olmadığından henüz araştırılmamıştır.

Sonuçlar ve genellemeler

Seri elektrikli otomobil üreten önde gelen otomobil üreticilerinin geleceğin TTA olduğundan şüphesi yok. TTA projelerine yapılan ciddi yatırımlar da bunu dolaylı olarak kanıtlıyor. Yukarıda da yazdığımız gibi Toyota, 2025-27 planlarıyla seri üretime en yakın konumda.


Aynı zamanlama, seramik piller geliştiren Amerikan QuantumScape'e yatırım yapan VW tarafından da belirtiliyor. Hyundai, Kia, Mercedes, Stellantis, polimerlere dayalı katı hal pili oluşturan Factorial Energy'yi (ABD) tercih etti. Şu sonuca varabiliriz: Dünyanın önde gelen otomobil üreticilerinin çoğu, seri TTA'larla donatılmış elektrikli araçların 2030'dan önce bile piyasaya çıkacağından emin.