Pil Atılımı Katı Hal Çeşitlerini Gerçeğe Bir Adım Daha Yaklaştırıyor

Katı Hal Pilleri EV Hakimiyetini Elde Edecek

Lityum-iyon piller, elektrikli araç pil sistemleri için baskın çözüm haline gelmiş olsa da bazı sınırlamalardan muzdariptir.

Bunlardan biri enerji yoğunluğunun henüz çok da büyük olmaması, diğeri ise dendritlerin aküyü delerek büyümesi ve elektrolitin zaman zaman alev almasıyla ilgili bir güvenlik sorunudur.

Kaynak: Nobel Ödülü

Elektrolit ihtiyacını ve dendrit riskini ortadan kaldıran katı hal pilleriyle her iki sorunun da ortadan kalkması bekleniyor.

Toyota, bu katı hal pillerinin 2027 yılına kadar kullanılacağını öngörüyorve genel olarak, sağlam bir aday gibi görünüyor Mobilitenin geleceği.

Yine de, özellikle Li7La3Zr2O12 veya LLZO olarak da bilinen garnet tipi katı elektrolit ile ilgili bazı sorunlar devam etmektedir (aşağıya bakınız).

Bu nedenle, Kanada'daki McGill Üniversitesi'ndeki dört araştırmacının, artırılmış miktarda enerji sağlayabilen yeni bir LLZO tasarımı oluşturduklarını duyurmaları iyi bir haber. Sonuçlarını Cell Reports Physical Science dergisinde "Kararlı arayüze sahip 4.8 V tüm katı hal garnet bazlı lityum metal piller anlayışının sonucu olarak, buzdolabında iki üç günden fazla durmayan küçük şişeler elinizin altında bulunur.

Katı Hal Elektrolit

LLZO

Genellikle katı hal pillerin elektrolitlere ihtiyaç duymadığı söylenir. Bu, lityum iyon pillerde yaygın olarak kullanılan sıvı elektrolitten bahsederken teknik olarak doğrudur.

Ancak elbette, herhangi bir pilin çalışması için anot ve katot arasında bir tür köprüye ihtiyacı vardır. Üç tür katı hal elektroliti (SE) vardır: seramik, polimer ve kompozit SE'ler (CSE'ler).

Kompozit katı hal elektrolitleri (CSE'ler), lityum iyon taşınmasını kolaylaştırmak için polimer SE'yi Li7La3Zr2O12 (LLZO) gibi iyonik iletken inorganik dolgu maddeleriyle karıştırır.

Bu yöntem yoğun pillerde yüksek voltajlı çalışma için ideal olsa da elektrotla zayıf temas nedeniyle genel verimlilik düşmektedir.

Gözenekli LLZO

Araştırmacıların keşfettiği şey, LLZO'nun normal duyu plakası yerine gözenekli bir seramik membrandan yapılabileceğidir. Daha teknik terimlerle:

Burada, kübik Li6.1Al0.3La3Zr2O12 gözenekli bir çerçeve ve üç boyutlu sürekli bir yapıya sahip poliviniliden diflorür (PVDF) içeren son derece iletken ve arayüz dostu bir garnet bazlı kompozit katı elektrolit (CSE) tasarlıyoruz.

Görsel olarak, mikroskobik ölçekte küçük deliklerle dolu, oldukça karmaşık bir 3 boyutlu yapıya dönüşüyor:

Kaynak: Hücre

Bu, lityum iyon için çok fazla yüzey teması yaratırken, yine de elektrota güçlü bir yapışma sağlar.

Kaynak: Hücre

Daha Kararlı ve Dayanıklı Piller

Katı hal piller genel olarak lityum iyon pillerden çok daha güçlü ve enerji yoğundur. Ancak kapasite kaybetmeden birçok şarj-deşarj döngüsüne dayanabilmeleri için büyük ölçekte üretilmeleri zordu.

Araştırmacılar, oluşturdukları elektrot arayüzünün bekledikleri kadar sağlam olup olmadığını görmek için pilleri test etmeye başladılar.

200 döngüden sonra mikroskop altında incelediklerinde çatlama, delaminasyon vb. gibi bir bozulma izine rastlamadılar.

Kaynak: Hücre

Genel olarak bakıldığında pil prototipi, özellikle dendrit oluşumuna karşı mükemmel bir direnç gösteriyor.

Seramik tabanlı CSE'ye dayanan Li-Li simetrik hücreler, 1,000 ve 0.1 mA cm−0.5'de 2 saat boyunca stabil bir şekilde çevrime girebilir ve bu da Li-metal ve hatta Li+ birikimine (dendrit baskılama) karşı mükemmel elektrokimyasal kararlılık gösterir.

Daha İyi Güvenlik Profili

Dendrit oluşumunun önemli ölçüde azaltılması ve yanıcı elektrolitlerin olmaması, lityum pillerin güvenliğini önemli ölçüde artırmaya yardımcı olmalıdır.

Seramik esaslı CSE'nin kalınlığının yalnızca 125 μm olması, bu teknolojiyi çok yoğun enerjili katı hal pilleri üretmede de oldukça rekabetçi hale getiriyor.

Ayrıca, geliştirilmiş LLZO'yu oluşturmak için kullanılan tekniğin basit olmasa da, pil üretiminde olağan dışı olan nadir metaller, nadir makineler veya karmaşık adımlar gerektirmediğine dikkat edilmelidir.

Kaynak: Hücre

Yani genel olarak bakıldığında bu, katı hal pillerinin özelliklerinin tüm önemli açılardan daha da geliştirilmesinde önemli bir adım olacaktır: kararlılık, güvenlik, enerji yoğunluğu ve üretim kolaylığı.

Katı Hal Piller Kazanıyor mu?

Katı hal pillerinin önümüzdeki yıllarda EV pilleri için yeni standart haline geleceği anlamına gelmiyor.

Lityum iyon piller de rekabet edebilir. Bu çoğunlukla tasarımdaki iyileştirmeyle bağlantılıdır ve benzer nano gözenekler dendrit oluşumlarını azaltmaya yardımcı olur.

En önemlisi, küresel pil üretim lideri CATL tarafından geliştirilen petek piller Bazı katı hal pillerine benzer bir güvenlik profiline ve enerji yoğunluğuna ulaşabilir.

Genel olarak, özellikle mikro ve nano ölçekte pil malzemelerinin ve nano gözeneklerin kullanımının daha derin bir şekilde anlaşılmasının, pil performanslarını iyileştirmenin ve dendrit oluşumunun neden olduğu riski tamamen ortadan kaldırmanın yolu olacağı anlaşılıyor.

Pil Teknolojisine Yatırım Yapmak

Lityum piller, insanların her yere gelişmiş elektronik cihazlar taşımasına olanak sağlamaktan, arabaları yalnızca elektrikle çalıştırmaya kadar dünyayı birçok kez değiştirdi.

Yine aynı şeyi yapabilirler veya diğer pil türleri, %100 yenilenebilir bir güç şebekesine izin vererek veya yeterince yüksek bir enerji yoğunluğuna ulaşıldığında uçakların elektrifikasyonuna olanak sağlayarak bunu yapabilirler.

Pille ilgili şirketlere birçok broker aracılığıyla yatırım yapabilirsiniz ve burada, Securities.io'da en iyi brokerlara yönelik önerilerimizi bulabilirsiniz. Amerika, Kanada, Avustralya, UK, diğer birçok ülkenin yanı sıra.

Belirli pil şirketlerini seçmekle ilgilenmiyorsanız aşağıdaki gibi biyoteknoloji ETF'lerine de bakabilirsiniz: Lityum ve Pil Teknolojisi ETF'sini (BATT) Güçlendirin, Küresel X'ler Lityum ve Pil Teknolojisi ETF (LIT)Ya da WisdomTree Pil Çözümleri UCITS ETFBüyüyen pil endüstrisinden yararlanmak için daha çeşitli bir görünüm sağlayacak.

Katı Hal Şirketleri

Katı hal pillerini pazara sunan ilk şirketlerden biri olması beklenen QuantumScape, bu teknolojinin geliştirilmesinde ön saflarda yer alıyor.

QuantumScape pilleri lityum metal, anotsuz piller kullanıyor.

Anotsuz piller ise iyonları alkali metalin elektrokimyasal bir tortusunda doğrudan akım toplayıcısında depolar. Bu, daha yüksek hücre voltajı, daha düşük hücre maliyeti ve artan enerji yoğunluğu sağlar.

Kaynak: QuantumScape

(Ayrıca sodyum piller bağlamında anotsuz piller kavramını da tartıştık.Anotsuz Sodyum Katı Hal Piller 'Lityum Üçgeni'ne Olan Bağımlılığı Azaltabilir").

Ancak QuantumScape, pillerinin seri üretimine başlama tarihini düzenli olarak erteleyerek yatırımcıların şirkete olan ilk hevesini azalttı.

2023 ve 2024'te birkaç önemli gelişmeyle bu durum değişebilir:

• Üretimde tutarlılık ve kalitenin artması.
• Daha sıkı iç boşluklar, daha ince akım toplayıcılar ve daha ince bir çerçeve dahil olmak üzere ambalaj tasarımında iyileştirmeler.
• Otomotiv OEM (Orijinal Ekipman Üreticisi) ortaklarına yüksek katot yüklemeli birim hücreleri sevk edildi.
• Şirketin ilk ticari ürünü olan QSE-5'in otomotiv sektöründe potansiyel bir lansman müşterisiyle birlikte piyasaya sürüleceği duyuruldu.

Genel olarak bakıldığında QuantumScape, özellikle pilin dayanıklılığı söz konusu olduğunda, en olgun teknolojiye sahip katı hal şirketi gibi görünüyor.

Kaynak: QuantumScape

Volkswagen ile Anlaşma

Daha da önemlisi, şirket Volkswagen ile ortaklık kurma konusunda gerçek bir ilerleme gösteriyor, 2^nd dünyanın en büyük otomobil üreticisi.

Temmuz ayında 2024QuantumScape, Volkswagen ile QSE-5 tasarımına dayalı pil hücrelerinin üretimi konusunda işbirliği yapmak üzere bir anlaşma imzaladı.

Lisans, PowerCo'nun yılda 40 GWh'ye kadar otomotiv aküleri üretmesine ve satmasına olanak tanıyacak ve bu kapasite ek 40 GWh ile genişletilebilecek.

Bu, QuantumScape'in diğer potansiyel müşterilere satış yapmaya devam etmesine olanak tanıyan, münhasır olmayan, telif hakkı getiren bir fikri mülkiyet lisansıdır.

Belki de yatırımcıların şirketle ilgili endişelerini gidermek için daha da önemlisi, Volkswagen'in pil yan kuruluşu PowerCo tarafından ödenecek olan 130 milyon dolarlık bir ilk telif ücreti de verilecek ve bu ücret gelecekteki telif ücretlerine mahsup edilecek.

Bu, şirkete daha önceki tahminlere kıyasla 18 ay daha nakit imkanı sağlıyor ve bu da şu anda 2028'e kadar uzanıyor.

Üretimi artırmak ve sağlam gelirler elde etmeye başlamak için bu süre fazlasıyla yeterli olmalı.

Dolayısıyla QuantumScape pilleri yeterli performansı gösterdiği sürece, CATL, BYD ve Panasonic gibi daha büyük şirketler tarafından üretilen pillerle birlikte pazarda kendilerine yer bulabilmelidirler.

Volkswagen'in kendi QuantumScape prototiplerini kapsamlı bir şekilde test ettiği ve üretim artışını incelediği düşünüldüğünde, son anlaşma şirketin teknolojisine oldukça sağlam bir onay gibi görünüyor.

Kaynak: QuantumScape

Ayrıca, Toyota'nın katı hal pillerinin ticarileştirilmesi için belirlediği paralel tarih olan 2027, birçok başarısız girişimden sonra teknolojinin artık yeterince olgunlaştığını gösteriyor gibi görünüyor.