Bataryalarda Kompozit Kullanımı
Kompozit malzemelerden gelişen teknoloji ile beraber birçok yerde yararlanılıyor. Kompozit malzemelerden yararlanılan alanlardan biri ise bataryalar.
Elektrikli arabaların ortaya çıkması ile beraber şarj edilebilen bataryaların önemi artmıştır. Bu noktada karşımıza hızlı şarj olma özelliği taşıyan Li-Ion piller çıkmaktadır. Elektrikli arabaların kullanımı her geçen gün artmaktadır.
Özellikle dünyamızın içinde bulunduğu iklim krizinde karbon salınımı büyük bir rol oynuyor. Bu sebeple tüketiciler elektrikli araç kullanımını tercih etmeye başlamışlardır.
Giderek artan talep de bu araçlar üzerindeki geliştirme çalışmalarını artırmıştır. Burada en
çok üzerinde durulan konu ise batarya kapasitelerinin yükseltilmesi ve araçların hafifletilmesidir. Elektrikli araçlardaki en büyük problemin başında kısa araç menzili gelmektedir.
Aracın hafif olması ise elektrik motorun harcayacağı enerjiyi azaltacak ve bataryanın daha uzun süre dayanmasını sağlayacaktır. Batarya olarak yeniden şarj edilebilme özelliği ile
yüksek dayanım gösteren Li-Ion bataryalar tercih edilmektedir.
Çalışmalar göstermiştir ki; Li-Ion batarya kutusunda geleneksel olarak kullanılan alüminyum yerine kompozit kullanılması batarya ağırlığını görece azaltmaktadır.
Batarya paketlerinde istenilen özellikler; düşük ağırlık, yüksek termal iletkenlik, elektriksel yalıtkanlık, korozyon dayanımı, mekanik mukavemet ve düşük maliyettir.
Bu özellikler gözetildiğinde de polimerler; düşük ağırlık, elektriksel yalıtkanlık, korozyon dayanımı ve düşük maliyet özellikleri sunmaktadır. Bu sebeple polimer takviyeli kompozit malzemelerden batarya paketlerinde yararlanılmaktadır.
Geleneksel paketlere bakıldığında bu paketlerde alüminyum ve alaşımları kullanılmaktadır. Bunun en büyük sebebi ise bu malzemelerin polimerlere kıyas ile daha yüksek dayanım göstermesidir.
Aynı zamanda araçla yapılan bir kazada, bataryanın alev almaması için bu paketler önemli bir işlev görür. Alüminyum ve alaşımları kullanılarak üretilen batarya paketleri yüksek termal iletkenliği sahiptir. Fakat bu üstün özelliklerine rağmen polimer kompozit batarya paketleri incelendiğinde daha hafif oldukları gözlemlenmiştir.
Polimer Kompozit Paketler
Polimer kompozit paketlerin yukarıda da belirttiğimiz gibi en büyük özelliği düşük ağırlıkta olmalarıdır. Bunun ise elektrikli araçların bataryalarına daha uzun süre dayanmaları ve daha uzun araç menzili için büyük bir katkısı vardır.
Fakat bu paketler, geleneksel alüminyum paketlere göre daha az termal iletkenlik gösterir.
Bu sebeple de farklı tip katkılar eklenerek bu paketlerin daha iletken hale getirilmesi gerekmektedir.
Polimer kompozit paketlerin dezavantajlarından bir diğeri ise daha yüksek maliyetli olmalarıdır. Bu sebeple çoğunlukla yarış arabalarında tercih edilmektedirler. Polimer kompozit malzemelere eklenecek katkılar çok önemlidir.
Bu katkılara göre kullanım özellikleri değişim göstermektedir. Bu eklenen malzemelerle ilgili de farklı birçok çalışma bulunmaktadır.
Örneğin yapılan çalışmaların sonucunda PA6/AlN/BN katkılı polimer kompozit malzeme ile geleneksel üretim aşamaları uygulanarak batarya paketi üretilebildiği saptanmıştır. Bu katkılarla hazırlanan batarya paketinin termal iletkenliği de artmıştır. (1)
Karbon Fiber Kullanılarak Batarya Tasarlandı
İsveç Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nde de araştırmacılar kompozit pillerle ilgili çalışmalar yapmıştır. Yapılan çalışma sonucunda araştırmacılar; elektrikli araçlarda ve tüketici elektroniğinde kütleyi en aza indirmeye yardımcı olabilecek yapısal piller oluşturmak için karbon fiber kompozitlerden yararlanılabileceğini keşfetmişlerdir.
Elektrikli araç geliştiren mühendislerin en çok karşılaştığı sorunların başında motorlara güç sağlamak için gerekli olan pillerin kütlesi gelmektedirler. Pillerin ağır olması aracın menzilini düşürür ve pil kapasitesi yeterli olmaz. Fakat pillerin kapasitesini arttırdıklarında ise kütle de artacağı için, araç menzili daha da düşer.
İsveç Chalmers Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları bu soruna çözüm olabilecek yeni bir pil geliştirdiler. Yürütülen araştırma projesinin lideri yaptığı açıklamada; karbon fiber kullanılarak hem rekabetçi enerji depolama kapasitesine hem de sertliğe sahip yapısal
bir batarya tasarlamayı başardıklarını belirtti.
Derleyen: Nilsu Kotil
Kaynakça
1. Polimer Kompozit Esaslı Li-İon Batarya Paketlerinin Geliştirilmesi Ve Özelliklerinin Araştırılması – Görkem Yıldız
2. Review on Composite Polymer Electrolytes For Lithium Batteries – A. Manuel Stephan, K. S. Nahm
3. High Performance Composite Polymer Electrolytes for Lithium-Ion Batteries - Peng Fan, Hao Liu, Vladimir Marosz, Nia T.Samuels, Steven L. Suib, Luyi Sun, Libing Liao
4. https://www.compositesworld.com/news/windform-lx-30-composites-contribute-to-oresat0-cubesat-deployment
