TEMEL KAVRAMLAR
Batarya (Akü) Teknolojilerinde Temel Kavramlar
Enerji Yoğunluğu (Energy Density):
Akünün birim ağırlığında veya birim hacminde depolayabileceği elektrik enerjisi miktarına Enerji Yoğunluğu adı verilir.
Gravimetrik enerji yoğunluğu (Gravimetric energy density) :
1 Kg aküde kaç Wh (watt saat) enerji depolanabileceğini belirtir ve Wh/Kg birimi ile gösterilir bazı üreticiler Ah/Kg gibi birimler de kullanır bu birimin enerjiye dönüştürülmesi için ilgili akünün kutup voltajı ile Ah/Kg değerinin çarpılması gerekir.
Volümetrik enerji yoğunluğu (Volumetric energy density) :
“1 Litre hacimde kaç Wh enerji depolanabileceğini belirtir ve Wh/Lt. olarak gösterilir. Akülerde “yüksek enerji yoğunluğu” istenir.
Şarj Verimliliği (Charge efficiency):
Diğer bir söylemle “Enerji verimliliği” (Energy efficiency) de denilen bu parametre akünün tam şarjlı bir aküden tam deşarj olana kadar çekilen enerji miktarının, aynı akünün yeniden tam şarj edilmesi için aküye verilen enerji miktarına oranı olarak tanımlanır. %100’den düşük bir rakamdır. Olabildiğince yüksek olması istenir. Sonuçta şarj sırasında verilen enerji ile aküden deşarjda çekilen enerji arasındaki fark akü içerisinde “kayıp” edilen bir enerjidir.
Deşarj Derinliği (Dept of Discharge-DoD):
Akünün yüzdesel olarak ne kadar deşarj edildiğini ifade eder. Akünün %100 dolu durumundan %0 tam boş durumuna kadar olan deşarj edilme oranıdır. %80 DoD demek akünün Ah olarak belirtilen kapasitesinin %80’ine kadar deşarj edilmesi anlamına gelir.
Şarj Durumu (State of Charge-SoC):
Akünün içerisindeki kalan kapasiteyi “yüzde” cinsinden ifade eder. Akünün % olarak doluluk oranını ifade eder. Genellikle akü kutup başlarındaki gerilim ile SoC değeri arasındaki ilişki akünün teknolojisine göre değişir.
Çevrim Ömrü (Cycle Life):
Belirlenen kriterler dahilinde bir akünün kaç defa tam şarj / deşarj edilebilirliğini ifade eder. Akünün belli bir DoD seviyesine kadar deşarj ve sonra tam şarj edilmesine bir “çevrim” denir. Akü Ah olarak belirtilen kapasitesini %80’e kadar koruyacak şekilde kaç kez şarj/deşarj “çevrimine” sokulabiliyor ise o akünün “çevrim ömrü” o sayıya eşittir. Yani bir X Ah bir akü kaç kez şarj deşarj edilirse 0.8 X Ah kapasiteye düşüyor ise o sayı çevrim ömrü sayısıdır. Ancak çevrim ömrü sayısının gösteriminde mutlaka çalışma sıcaklığı ve DoD değerlerinin de birlikte söylenmesi gerekir. Örneğin %20 DoD ve 25 oC’deki çevrim ömrü ile %80 DoD ve 40 oC’deki çevrim ömrü birbirinden çok farklı sayılar olabilir.
C Değeri (C rate) :
Bir lityum akünün kapasitesine göre şarj ve deşarj oranını ifade eder.
Anot :
Anot, hücredeki negatif(-) elektrottur. Lityum iyon pillerde, genellikle bir grafit tozu olan lityum ve karbondan oluşması çok yaygındır. Elektrotla birleştirilen bakır film sayesinde akım toplanabilir. Anotun saflığı, partikül boyutu ve homojenliği, yaşlanma davranışına ve kapasitesini etkiler.
Katot :
Katot, pozitif(+) elektrottur. İşte burada tüm farklı kimyalar devreye giriyor. Katot, genel lityum kimyasını belirleyen şeydir. Anot gibi, bir akım toplayıcı malzeme ile birleştirilir, böylece elektron akışı meydana gelebilir. Katot tipik olarak bir alüminyum film ile birleştirilir. Birçok farklı kimya vardır. Aralarındaki temel fark, elektrolit (termal kaçak) ile reaksiyona girdikleri sıcaklık ve ürettikleri voltajlardır.
Elektrolit:
Elektrolit, lityum iyonlarının plakalar arasında transferini sağlar. Tipik olarak, etilen, karbonat ve dietil karbonat gibi farklı organik karbonatlardan oluşur. Farklı karışımlar ve oranlar, hücrenin uygulamasına bağlı olarak değişir. Örneğin, düşük sıcaklıklı bir uygulama için elektrolit çözeltisi, oda sıcaklığındaki bir ortam için yapılana kıyasla daha düşük bir viskoziteye sahip olacaktır. Lityum tuzları elektrolit karışımında esastır, tuz çözeltinin iletkenliğini belirler ve katı elektrolit ara yüzünün (SEI) oluşumuna yardımcı olur. Lityum pillerde, lityum heksaflorofosfat (LiPF6) en yaygın lityum tuzudur. LiPF6, suyla karıştırıldığında 0hidroflorik asit (HF) üretebilir. SEI, lityum metal ve elektrolit arasındaki kimyasal bir reaksiyondur.
Seperatör :
Lityum-iyon hücre ayırıcılar, anot ve katodun doğrudan temasını önleyen gözenekli plastik filmlerdir. Filmler genellikle 20 µm kalınlığındadır ve şarj ve deşarj işlemi sırasında lityum iyonlarının geçmesine izin veren küçük dökülmelere sahiptir. Bir “kapatma” ayırıcısı en yaygın olanıdır. Bu ayırıcı, hücre sıcaklık aralığının dışına çıktığında veya kısa devre oluştuğunda, lityum iyonlarının geçmesini önlemek için gözenekleri kapatır. Separatörler, hücrelerin kapasitesini arttırırken güvenliği artırmak için bugün geliştirilmeye devam ediyor.