Elektrokimyasal enerji depolama teknolojisi; lityum iyon piller, sodyum iyon piller, kurşun asitli piller gibi çeşitli pil depolamalarına ayrılmaktadır. Bu yazıda esas olarak lityum iyon piller ve sodyum iyon pilleri ele alacağız. Günlük hayatta; akıllı ev aletlerinde, akıllı telefonlarda ve elektrikli otomobillerde daha çok lityum iyon pillere rastlamaktayız. Ancak lityum iyon kaynaklarının kısıtlılığı, doğaya zararlı olması, kısıtlı kullanım ömrü ve yüksek maliyet bu piller için bir dezavantaj olmaktadır. Bu dezavantajın en iyi ve ekonomik alternatifi olarak sodyum iyon piller günümüzde yer almaya başladı. Çünkü sodyum iyon pillerin, lityum iyon pillere hem daha ucuz olması hem de doğaya zararlı olmaması açısından güvenilir avantajlar sunuyor. Gelelim hep birlikte hem sodyum iyon pillerin hem de lityum iyon pillerin ilkelerini tanıyarak benzerliklerini ve farklılıklarını vurgulayarak başlayalım.
-
Lityum İyon Piller Nedir ve Teknik Özellikleri Nelerdir?
Lityum elementi, periyodik tablonun 1.grubunda yer alır. Lityum iyon piller; pozitif elektrotlar, negatif elektrotlar, elektrolitler ve ilgili yardımcı malzemelerden oluşmaktadır. Bunlar arasında lityum iyon pillerin performansını etkileyen elektrolitler ve elektrot malzemeleridir. Teknik özellikleri aşağıdaki kriterlerde verilmiştir.
- 140 Wh/kg ile 220 Wh/kg arasında yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir.
- Döngü süreleri 2.000 ile 10.000 kez civarındadır.
- Enerji dönüşümü verimlilik açısından yaklaşık %85 ila %90 arasındadır.
- Tepkime hızlı gerçekleşir.
- Milisaniye seviyesindedir.
-
Lityum İyon ve Sodyum İyon Pillerin Ortak Noktaları Nelerdir?
Sodyum elementi, lityum elementi gibi periyodik tablonun 1. grubunda yer alır. Sodyum iyon piller, prensip olarak hem çalışma hem de kimyasal yapısı gereği açısından lityum iyon pillere çok benzemektedir.
Şarj ve deşarj, sodyum elementinin pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki gidiş dönüş olarak gerçekleşir. Şarj sırasında sodyum elementinden pozitif elektrot (katot) çıkar, elektrolitten geçerek negatif elektrot içine gömülür. Böylece negatif elektrot (anot) daha zengin bir potansiyele sahip olur. Deşarj sırasında ise iyonlar pozitif elektroda doğru geri döner yani boşaltma işlemi tam tersi gerçekleşir.
-
Lityum İyon ve Sodyum İyon Piller Arasındaki Farklılıklar Nelerdir?
- Enerji yoğunluğu, 120-150 WH/kg arasındadır. Kısaca enerji yoğunluğu lityum iyon pillerden daha düşüktür. Bu sebeple sodyum iyon piller yalnızca otomotiv alanında, A0 sınıfı araçlarda veya 400 km’den daha az menzile sahip araçlarda kullanılabilir.
- Sodyum iyon pillerin boyutu daha büyüktür, deinterkalasyonu (iyonların malzemeden serbest kalması) zordur. Sodyum iyonlarının yarıçapı, lityum iyonlarınkinden daha büyüktür. Bu nedenle sodyum iyonları sert yapıdadır ve geri dönüşümlü olarak deinterkalasyonu zordur.
- Düşük döngü performansına sahiptir. Yaklaşık 2000-3000 kez civarındadır.
- Düşük maliyetlidir.
- Düşük sıcak direncine sahiptir.
- Kolayca temin edilir.
- Doğada yaygın olarak bulunur.
- Çevre dostudur.
- Sodyum iyon pillerin nominal voltajı 2,3 – 2,5 V’tur, lityum iyon pillerinki ise 3,2 – 3,7 V’tur. Yani sodyum iyon pillerin standart indirgeme potansiyeli lityum iyon pillerinkinden daha düşüktür. Kısaca elektron kazanma eğilimi daha düşüktür.
-
Sodyum İyon Piller Hakkında Olumsuz Yönler
Her ne kadar çevre dostu olsalar da düşük enerji yoğunluğuna sahip olması nedeniyle performans açısından kötüdür. Kısaca sodyum iyon pillerin çevrim ömrü kısadır. Çünkü lityum iyon pillerde en yaygın kullanılan negatif elektrot malzemesi olan grafit, birkaç döngüden sonra grafit malzemesi kendi kendini yok eder. Ömrünün uzun olması için çözüm olarak grafit yerine kullanılabilecek uygun bir negatif elektrotun belirlenmesidir.
Sonuç olarak enerji depolama pazarı profesyonel bir pazar olduğu için pil performansını test edecek, fiyat ve çevrim ömrünü kapsamlı bir şekilde inceleyecektir. Ayrıca sodyum pillerin döngü süresi 2000 ila 3000 civarında olduğu için enerji depolama pazarına girmesi zor olacaktır. Sodyum iyon piller, düşük çevrim ömrü nedeniyle henüz sektörde yaygın değil fakat otomotiv sektörlerin dikkatini çekmeyi başardı. Düşük çevrim ömrü dezavantajlarını gidermek için hibrit bir pil takımı geliştirmeye devam ediyorlar. Yaşam döngüsü açısından rekabetçi hale gelirse lityum iyon pillerin önüne geçebilecek diyebiliriz.
Kaynakça:
- flashbattery.tech.com
- huntkeyenergystorage.com
