Elektrikli Araç Sektöründe Alternatif Teknoloji :“Süper Kapasitör”

Uzun bir aradan sonra tekrar merhaba. Son yazımda değindiğim üzere elektrikli araç sektörünün şuan için en önemli gerekliliği lityum iyon teknolojisini kullanan batarya sistemidir. Yeniden şarj edilebilir lityum iyon piller ilk defa Sony tarafından 1991 yılında ticarileştirilmiştir.

Elektrikli araçların günümüzde tam şarj süresi uygun koşullarda kullanılan prizin özelliğine göre 1 saatten 47 saate kadar çıkabilmektedir. Bu tablo da normal bir seyahat sırasında vereceğiniz mola süresinde hala çok fazla.

Bu pillerin otomotiv sektöründe genellikle 8-10 yıllık bir kullanım ömrüne sahip olması, son kullanıcı için bir dezavantaj. Ve çalışma prensibi gereği içerdiği toksik maddeler ve kimyasal reaksiyon çevre açısından geri dönüşümü zorunluluk haline getirecektir.

Lityum iyon pillerde kullanılan birçok element ve mineral kaynaklarının mevcut madencilik altyapısında sınırlı olması, otomotiv sektöründe yaşanan elektriksel devrim sürecinde yakın bir zamanda bir arz açığı oluşturması ya da süreci geciktirmesi de muhtemeldir.

Ancak yeşil iklim dönüşümü söz konusu olduğunda bu gecikmenin çok da ertelenemeyeceği aşikar.

Bunun kanıtı olarak 9 Haziran 2022 tarihinde Avrupa Parlamentosu 2035 yılından itibaren dizel ve benzinli binek – hafif ticari araçların satışının yasaklanmasına dair öneriyi onayladı.

Alternatif Nedir?

Yaklaşık 2 sene kadar önce Bloomberg’de okuduğum haber oldukça ilgimi çekti “Tesla Maxwell’i 218 milyon dolara satın aldı, Panasonic’in hisselerinde yüzde 6.5 oranında değer kaybı yaşattı”.

Maxwell, Ultra (Süper) Kapasitör olarak da bilinen enerji depolamaya yönelik teknoloji geliştiren bir şirkettir.

Elon Musk ve diğer birçok otomotiv şirketi bu konuda bir değişim ve dönüşüm gerekliliğini fark etmiş olacak ki bu alanda yapılan yatırım ve çalışmalar ile ilgili haberler görünür olmaya başladı.

Süper Kapasitör Nedir?

Süper kapasitörlerin Lityum İyon pillerden farkı, enerjiyi statik elektrik olarak depolamalarıdır. Bu sayede çok daha hızlı enerji depolayıp boşaltabilirler.

Bu cihazları basitçe tarif etmek gerekirse: Kapasitörlerin içinde pillerde olduğu gibi iletken elektrotlar ve bu elektrotların arasında iyonik bir çözelti olan elektrolit sıvısı bulunur. Nano gözeneklere sahip elektrotlar arasında bir potansiyel fark uygulandığında artı yüklü iyonlar eksi yüklü elektrota, eksi yüklü iyonlar ise artı yüklü elektrota doğru hareket etmek ister. Böylece elektrotlar arasında bir elektrik alanı oluşur ve enerjiyi statik elektrik olarak depolamış oluruz. Yani elektrotlar elektrik yüklerini emen nano gözenekli sünger işlevi görürler.

Lityum iyon pillerde ise enerji, elektrolit ile elektrot arasında gerçekleşecek kimyasal reaksiyon ile depolanıyor. Diğer bir ifadeyle enerji kimyasal şekilde depolanıyor, süper kapasitörlerde ise asıl enerji depolama mekanizması elektriksel.

Avantajları Nelerdir ?

Günümüzde Porsche Taycan uygun koşullarda DC (Hızlı Şarj) ile yaklaşık 30 dakikada tamamen şarj olabilirken aynı işlem bir süper kapasitör kullanıldığında birkaç dakika içinde tamamlanabilir.

Aynı mantık ile bir süper kapasitör telefonu birkaç saniyede şarj edebilir.

Lityum iyon pillerin en belirgin kusuru, kullanım ömürlerinin üretim tarihlerinden itibaren başlamasıdır. Üretildiklerinden sonra şarj edilseler de edilmeseler de ömürleri üretim tarihinden itibaren azalmaya başlamaktadır. Ancak bu kusur muhtemel müşterilere (topluma) pek duyurulmaz.

Süper kapasitörler ise 1:1 şarj-deşarj oranına sahip olmasının avantajı ile şarj edilip boşaltılma döngüsünü sonsuz sayıda gerçekleştirebilir.

Çevre açısından incelenecek olursa; ağır metaller veya toksik kimyasallar, kapasitörlerin üretim sürecinin bir parçası değil. Ayrıca üretiminde kullanılan malzemelerin kaynaklarının sınırlı olmaması, geri dönüşümünün kolay olması gibi nedenlerle de süper kapasitörlerin çevreye olumsuz etkilerinin daha az olduğunu söyleyebiliriz.

Aynı zamanda, kimyasal reaksiyonlara dayanan bir çalışma mekanizmaları olmamasının da etkisiyle, pillere göre daha geniş bir sıcaklık aralığında güvenli olarak kullanılmasına imkan vermektedir.

Süper Kapasitörlerin Kullanım Alanları

Bu yeni teknolojiyi ütopik ve yıllar sonra hayatımıza girecek bir unsur olarak düşünmemeliyiz.

Günümüzde bile niş olarak değerlendirilebilecek birçok alanda kullanılmaya başlanmıştır.

Örneğin; cebinizde bir süper kapasitör taşıdığınızın farkında mısınız? Samsung Note telefonlarda kullanılan S Pen’i şarj etmek için bir süper kapasitör kullanmakta ve 40 saniyelik bir şarj ile 30 dakika kullanım ömrü sunmaktadır. Bunun yanında rüzgar türbinlerinde, lüks araçların klima ve fren sistemlerinde de kullanılmaktadır.

2019 yılında Frankfurt Otomobil Fuar’ında tanıtılan ve sınırlı sayıda üretilen Lamborghini Sian FKP 37 modelinde 6.5 litrelik içten yanmalı V12 motor ile şanzımana entegre edilmiş 48 Volt’luk bir elektrikli motorun kombinasyonu bulunuyor. Bu elektrikli motor geleneksel lityum iyon piller yerine süper kapasitör bir batarya sistemi ile beslenip, araca gerekli olduğunda 36 bg ‘lik ekstra bir güç kazandırıyor, kısa ve park manevralarında araca gerekli hareket yeteneğini veriyor. Bunun yanında yapısı gereği hızlı şarj deşarj özelliği ve her elektrikli araçta olan rejeneratif frenleme özelliği sayesinde piller sadece fren yaparak bile doldurulabiliyor.

Süper Kapasitörlerin İyileştirilmesi Gereken Noktaları

Bu yeni teknolojinin şuan için dezavantajlarından bahsedecek olursak, bir elektrikli aracı kendi başına çalıştırabilen bir süper kapasitör sistemi yapmak, sistemin pil paketinden veya araçtan daha büyük olmasını gerektirir.

Ayrıca süper kapasitörler şarjlarını, lityum iyon pillerden daha hızlı kaybederler. Tesla’yı bir hafta boyunca garaja park ederseniz, şarjın yüzde birkaçını kaybedebilirsiniz. Ancak Lamborghini Sian’ı 2 gün park etmeniz halinde pilleri tamamen boşalacaktır.

Diğer bir en önemli konu tabii ki maliyet. Süper kapasitörleri, süper lüks spor segmentinde kullanmak bir problem olmasa da diğer normal araç segmentleri için oldukça maliyetlidir.

Teknoloji günümüzde logaritmik olarak gelişmektedir. Örneğin: 1990’lı yıllarda hiç yaygın olmayan ve 300.000$ gibi bir maliyete sahip olan 3D Yazıcı teknolojisi, şuan evlerimize girecek duruma gelmiş ve maliyeti 1500$ seviyelerine kadar düşmüştür.

Bu ortamda 90’lı yıllardan bu yana aynı yapıya sahip pil teknolojisinin de önümüzdeki dönemde değişeceği ve geliştirileceği aşikar.

Dünya Ve Türkiye Süper Kapasitörlerin Durumu

Yukarıda da bahsettiğim üzere Lamborghini Hibrit ve elektrikli araçlar için kullanacağı süper kapasitör pil yapısı ile alakalı Massachusetts Teknoloji Enstitüsü(MIT) ile işbirliği içerisinde. Lamborghini ve MIT’nin bu patent başvurusundaki iddialara göre üretilen süper kapasitörler, mevcut teknolojilere göre %100 yoğunlukta bir enerji artışı sağlıyor.

Tesla’nın yanında Geely/Volvo, General Motors, elektrikli araçlarda süper kapasitörlerden faydalanmak için üreticiler ile yakın zamanlarda anlaşmalar yaptılar.

Peki Türkiye’de buna benzer çalışmalar var mı?

Hibrit ve dizel araçlarda batarya performansını artırmaya yönelik ‘Süper kapasitör’ teknolojisini geliştirmeye hazırlanan TEMSA, 2023’te SUNUM ve İTÜ ile tamamlamayı öngördüğü projeyi ‘TÜBİTAK 1702’ desteğiyle 2025’te ticarileştirmeyi hedefliyor.

Ayrıca, Princeton Üniversitesi’nde, enerjinin daha hızlı bir şekilde daha küçük bir alanda depolanmasını sağlayacak olan çift katmanlı kapasitörler üzerine çalışan Betül Uralcan, TÜBİTAK 2232 Uluslararası Lider Araştırmacılar Programı ile Türkiye’ye geri dönen bilim insanlarından biridir ve 2019 yılında Boğaziçi Üniversitesi’nde çalışmalarına başlamıştır.

Daha önceki yazılarımda da bellirttiğim üzere Sanayi 4.0 dönüşümünün içerisinden geçerken hep şunu dile getiriyoruz: Bu devrimi yakalamak için teknolojik inovasyon yeteneğimizi geliştirmeli ve katma değerli ürün üretmeliyiz. Bunu yapabilmek için de dünyada elektrifikasyon dönüşümünün başındayken desteklenmesi gereken adreslerin başında enerji depolama ve pil teknolojisi gelmektedir diye düşünüyorum.

Sağlıkla kalın, sevgiler…

Deniz Mutlu 18.06.2022

Konu ile alakalı Boğaziçi Üniversitesi’nin özet videosunu aşağıdaki linki tıklayarak izleyebilirsiniz.

Enerji sihirbazları süper kapasitörler #BoğaziçiBuzz

Kaynaklar:

https://www.bloomberght.com/haberler/haber/2194522-tesla-maxwell-i-218-milyon-dolara-satin-aldi

https://haberler.boun.edu.tr/en/node/19981

Elektrikli Araçlar ve Lityum

https://tr.motor1.com/news/391300/lamborghini-super-kapasitor-hibrit-calisma/

https://www.bloomberg.com/professional/blog/volkswagen-poised-to-swipe-teslas-bev-crown-in-race-to-the-top/

https://europe.autonews.com/environmentemissions/eu-lawmakers-reject-weaker-combustion-engine-ban?utm_source=dlvr.it&utm_medium=twitter

https://www.dunya.com/sirketler/temsa-superkapasitor-teknolojisi-ile-bataryalarin-omrunu-uzatacak-haberi-649206