Enerji depolama konusu gün geçtikçe önemini arttırıyor. Depolama maliyetlerinin düşmesi ve farklı teknolojilerinde devreye girmesi ile satın alınabilir seviyelere hızlıca ilerlediğini söyleyebilirim. Batarya teknolojilerinin nereden gelip nereye gittiğini anlamak adına enerji yoğunluğu(energy density) ve güç yoğunluğu(power density) terimleri bize çok yardımcı oluyor. Enerji yoğunluğu güç yoğunluğu nedir? Hızlıca ve özet olarak anlatayım.
Enerji yoğunluğu
Wh/kg olarak karşımıza çıkar. Her bir kilogram içerisine ne kadar enerjiyi depolayabildiğinizi belirtir. Örneğin LiFePO4 veya LFP olarak piyasada çokça görebildiğimiz Lityum demir fosfat bileşenli akülerin ortalama enerji yoğunluğu 110Wh/Kg dır. Sonuçta bu bilgi bizim için neden önemli? halbuki evimizin veya ticarethanemizin ihtiyacı olan kWh günlük ihtiyacı hesapladığınızda ( Elektrik faturasında yazan değerdir en basitinden) batarya grubumuzun ağırlığı ne olacak sorusunu cevaplar.
Örnek ; ayda 100TL fatura ödüyorsunuz ortalama günlük tüketim 3.5kWh tir.
Lityum batarya kullanalım 110Wh/kg enerji depolayabilmekte..
3.5kWh = 3500Wh / 110Wh/kg yaklaşık 32kg batarya ağırlığı olacaktır.( dış kasasının ağırlığını dikkate almadık)
Tabi ki alınan batarya kapasitesinin tamamını kullanmıyoruz veya enerji dönüşümlerindeki kayıplarda depolama aktif kapasitemizi düşürecektir. Bu örnekle sadece konunun mantığını anlatmaya çalıştım. Doğru akü hesaplaması çok detay isteyen bir konudur.
https://www.keremcilli.com/akuler-hakkinda-acimasiz-gercekler/
https://www.keremcilli.com/gunes-enerjisi-aku-problemleri-deneyimleri/
Güç yoğunluğu
W/kg olarak karşımıza çıkar ve depolanan enerjinin ne kadar güçte şarj veya deşarj edilebileceğini bize gösterir.
Örneğin bir süper kapasitörün güç yoğunluğu(W/kg) yüksektir. Hızlıca şarj ve deşarj edilebilir. Öte yandan Enerji yoğunluğu düşüktür(Wh/kg) bu yüzden içerisine çok fazla enerji depolayamaz.
Bir lityum batarya ise bir süper kapasitöre göre daha az güç ile şarj deşarj olur ancak enerji depolaması çok daha fazla olur.
Kurşun asit tabanlı aküler ise şarj deşarj güçleri süper kapasitörlere göre çok düşük ve enerji yoğunluğu açısından da lityum bataryalara göre düşüktür. Aşağıdaki tabloda hangi bataryanın nasıl reaksiyon verdiğini grafik olarak görebilirsiniz.
Grafiği anlamak adına; yukarı doğru konumlanmış olanlar hızlı şarj deşarja daha elverişli ancak içerisinde çok enerji tutamıyor
Sağa doğru konumlanmışlar ise enerji depolama konusunda daha üstün.
İdealde olması istenen hem hızlı şarj deşarj ve çok fazla enerji depolayabilmektir. Bunun yerini de aşağıdaki grafikte görebilirsiniz.
Hangi durumda hangi ürün kullanılmalı ?
“Kullanım alanına göre akü seçilmesi gerekir” ifademizi daha net anlattık diye düşünüyorum. Grafikte göreceğimiz gibi lityum bataryalar hem hızlı şarj deşarj hem de enerji depolama yoğunluğu açısından makul seviyelerdedir. o halde fırsat varsa lityum tercihi yanlış olmayacaktır.
C rate nedir?
Örneğin 100Ah batarya 1 saat boyunca 100A veriyorsa bu durum 1C olarak ifade ediliyor.Hatta bir başka örnek 1000Ah batarya şarj veya deşarjı C/20 veya 0.05C olarak belirtiyorsa 50A anlamına gelmektedir.
Bataryaların hangi şarj veya deşarj akımında olacağını anlayabilmemizi kolaylaştıran bir değerdir.
Batarya teknolojileri
Enerji yoğunluğunun yüksekliği daha az ağırlıkta aynı güce ulaşabilmek demektir.Hatta yine lityum tabanlı olan Lithium nickel manganese cobalt oxide kısaca NMC olarak anılan tür( şuan ofisimizde de olan inceleyeceğimiz versiyon 165Wh/kg enerji yoğunluğuna(energy density) sahiptir.
Bu videoyu hazırlarken dünya’nın sayılı lityum üreticilerinden CATL firması Sodyum ion bataryanın tanıtımını gerçekleştirdi. İlk jenerasyon ile 165Wh/kg ve ikinci jenerasyon ile 200Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşacağını ifade etti.
Batarya teknolojilerinin gelişmesi elektrikli araçlar , solar depolama , endüstriyel depolama kısaca enerji saklama ihtiyacı duyan tüm araçlar için verimli ve hafif tasarımları beraberinde getirecek.o halde Elektrikli araç fikrine soğuk bakanların enerji yoğunluğunun ne kadar hızlı arttığını takip etmelerini öneririm.
Faydalı linkler
https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_commercial_battery_types
http://web.mit.edu/evt/summary_battery_specifications.pdf
