Aküler: Seçenekler nelerdir?

Dünya giderek yenilenebilir enerji kaynaklarına ve şebeke ölçekli enerji depolamaya yöneldiğinden, mevcut çeşitli akü teknolojilerinin anlaşılması faydalıdır. Her bir akü tipi, şebeke stabilizasyonundan yedek güç sistemlerine kadar belirli uygulamalar için uygun olabilecek benzersiz özellikler sunar. Bu yazıda başlıca sabit akü tiplerini, bunların altında yatan kimyayı, tipik uygulamaları ve her bir teknolojinin artılarını ve eksilerini inceleyeceğiz. 

Ancak her bir akü tipine göz atmadan önce genel bir not faydalı olabilir. Tüm aküler elektrokimyasal cihazlardır ve bu nedenle kimyasal tepkimelerin hızını belirleyen yasalara kesinlikle tabidir. Özellikle, tüm aküler sıcaklıktan etkilenir. Yüksek sıcaklıklar akü ömrünü kısaltırken düşük sıcaklıklar kapasiteyi ve performansı düşürür. Bu nedenle, olağan dışı sıcak veya soğuk koşullarda çalışması gereken aküler özel bir dikkatle seçilmeli ve boyutlandırılmalıdır.

 

Kurşun asit aküler

Kurşun asit aküler, en eski ve en çok kabul gören şarj edilebilir akü teknolojilerinden biridir. Bunlar, otomobil marşından kesintisiz güç kaynaklarına ve şebeke dışı enerji depolamaya kadar çok çeşitli uygulamalarda yüz yılı aşkın süredir kullanılmaktadır.

Kimyası

Kurşun asit aküler kurşun dioksit (PbO2) pozitif plakalar ve sülfürik asit (H2SO4) elektrolite batırılmış sünger yapılı kurşun (Pb) negatif plakalardan oluşur.

Türleri

1. Havalandırmalı Kurşun Asit (VLA): Sulu kurşun asit aküler olarak da bilinen bu akülerde düzenli olarak su doldurma işlemi yapılması gerekir.
2. Valf Ayarlı Kurşun Asit (VRLA): Soğurucu cam keçe separatörlü ve jel tipleri dahil olmak üzere sızdırmaz aküler. Elektrolitsiz modda çalıştıklarından bunların üzerinde düzenli testlerin yapılması gerekir.

Tipik uygulamalar

• Telekomünikasyon ve veri merkezleri için yedek güç
• Şebeke dışı ve şebekeye bağlı yenilenebilir enerji sistemleri
• Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS)
• Elektrikli araç şarj istasyonları
• Benzinli ve dizel araç çalıştırma

Artılar

• Uzun bir geçmişe sahip köklü bir teknoloji: Bu, kullanım ve bakımlarına yönelik çok fazla bilgi ve deneyime sahip olunduğu anlamına gelir.
• Düşük başlangıç maliyeti: Kurşun asit aküler, kısa süreli enerji depolama ihtiyaçları için genellikle en ekonomik seçimdir.
• Son derece geri dönüştürülebilir: Kurşun asit akünün yaklaşık %100'ü geri dönüştürülebilir, dolayısıyla çevreye duyarlı bir seçimdir.
• Güvenilir ve aşırı şarja toleranslı: Doğru şekilde yönetildiğinde kurşun asit aküler önemli bir hasar olmadan ara sıra aşırı şarja dayanabilir.

Eksileri

• Daha yeni teknolojilere kıyasla daha düşük enerji yoğunluğu: Daha gelişmiş akü tipleriyle aynı miktarda enerji depolamak için daha fazla alana ihtiyaç duyarlar.
• Özellikle derin deşarj olduğunda daha kısa çevrim ömrü: Düzenli derin deşarjlar kurşun asit akülerin ömrünü önemli ölçüde azaltabilir.

 

Lityum İyon Aküler

Yüksek enerji yoğunluğu ve verimliliği sayesinde lityum iyon aküler enerji depolamada devrim yarattı. Şebeke ölçekli enerji depolama, elektrikli araçlar ve taşınabilir elektronik cihazlar konusunda giderek daha popüler hale geldiler.

Kimyası

Lityum iyon aküler, pozitif elektrot olarak bir lityum bileşiği ve negatif elektrot olarak ise genellikle grafit kullanır. Elektrolit, organik bir çözücünün içinde bulunan bir lityum tuzudur.

Türleri

1. Lityum Nikel Manganez Kobalt Oksit: Enerji yoğunluğu ve güç arasında iyi bir denge sağlar.
2. Lityum Demir Fosfat: Güvenliği ve uzun çevrim ömrüyle bilinir.
3. Lityum Nikel Kobalt Alüminyum Oksit: Yüksek enerji yoğunluğu sağlar.
4. Lityum Manganez Oksit: İyi bir termal denge ve güvenlik sunar.

Tipik uygulamalar

• Şebeke ölçekli enerji depolama ve şebeke stabilizasyonu
• Elektrikli araçlar ve hibrit elektrikli araçlar
• Konut tipi ve ticari enerji depolama sistemleri
• Taşınabilir elektronik ve elektrikli aletler

Artılar

• Yüksek enerji yoğunluğu: Bu, elektrikli araçlar gibi uygulamalar için çok önemli olan daha kompakt ve hafif enerji depolama çözümleri sağlar.
• Uzun çevrim ömrü: Birçok lityum iyon akü binlerce şarj-deşarj çevrimine dayanabilir ve bu da uzun vadede uygun maliyetli olmalarını sağlar.
• Düşük kendi kendine deşarj hızı: Kullanılmadıklarında şarjlarını daha uzun süre tutabilirler, bu da onları aralıklı kullanım uygulamaları için uygun kılar.
• Bellek etkisi olmaması: Bazı eski akü teknolojilerinin aksine lityum iyon akülerin şarj edilmeden önce tamamen deşarj olması gerekmez.
• Hızlı şarj özelliği: Bu, özellikle elektrikli araçlar gibi hızlı geri dönüş süreleri gerektiren uygulamalar için faydalıdır.

Eksileri

• Daha yüksek başlangıç maliyeti: Fiyatlar azalsa da lityum iyon aküler hâlâ kurşun asit akülere göre daha pahalıdır.
• Olası güvenlik sorunları (ısıl sürüklenme): Nadir durumlarda lityum iyon aküler aşırı ısınabilir ve alev alabilir.
• Gelişmiş akü yönetimi sistemleri gerektirir: Aşırı şarjı, aşırı deşarjı, aşırı ısınmayı önlemek ve hücreleri dengelemek için karmaşık kontrol sistemleri gerekir.
• Yüksek sıcaklıklarda performans düşer: Yüksek sıcaklıklara maruz kalmak kapasite kaybını hızlandırabilir ve akünün genel kullanım ömrünü azaltabilir.

 

Akış Aküleri

Akış aküleri, enerjinin sıvı bir elektrolitte depolandığı benzersiz bir şarj edilebilir akü tipidir. Güç ve enerji kapasitesini ayırma avantajı sunarak büyük ölçekli enerji depolama uygulamaları için yüksek düzeyde ölçeklenebilirlik sağlarlar.

Kimyası

En yaygın tip, farklı oksidasyon durumlarında vanadyum iyonları kullanan Vanadyum Redoks Akış Aküsüdür (VRFB). Diğer kimyalar çinko-brom ve demir-krom içerir.

Tipik Uygulamalar

• Büyük ölçekli şebeke enerji depolama
• Yenilenebilir enerji entegrasyonu
• Mikro şebeke ve şebeke dışı sistemler
• Endüstriyel ve ticari enerji yönetimi

Artılar

• Uzun çevrim ömrü: Akış aküleri tipik olarak, önemli bir bozulma olmadan on binlerce şarj-deşarj çevrimine dayanabilir.
• Hasar görmeden tamamen deşarj olabilir: Diğer birçok akü tipinin aksine, akış aküleri tam deşarjdan zarar görmez.
• Depo boyutu artırılarak kolayca ölçeklendirilebilir: Enerji kapasitesi, güç bileşenleri değiştirilmeden daha büyük elektrolit depoları kullanılarak kolayca artırılabilir.
• Lityum iyona göre daha düşük yangın riski: Çoğu akış aküsünde kullanılan sulu elektrolitler yanmaz özelliktedir ve güvenlik endişelerini azaltır.

Eksileri

• Daha düşük enerji yoğunluğu: Akış aküleri, aynı miktarda enerjiyi depolamak için lityum iyon gibi teknolojilerdekinden daha fazla alan gerektirir.
• Karmaşık sistem: Büyük elektrolit depolarına olan ihtiyaç, akış akülerini katı hal akülere göre mekanik olarak daha karmaşık kılar.
• Daha yüksek başlangıç maliyetleri: Uzun ömürleri bu durumu telafi edebilse de akış aküsü sistemlerinin karmaşıklığı genellikle daha yüksek maliyetlerle sonuçlanır.
• Elektrolit sızıntısı potansiyeli: Elektrolit sızıntılarından kaynaklanan çevre kirliliğini önlemek için uygun muhafaza ve bakım çok önemlidir.

 

Sodyum İyon Aküler

Sodyum iyon aküler, lityum iyon akülere potansiyel olarak daha sürdürülebilir bir alternatif sunan yeni bir teknolojidir. Bol miktarda, düşük maliyetli malzeme kullanırlar ve gelecekteki enerji depolama uygulamalarını önemli ölçüde geliştirmeleri mümkündür.

Kimyası

Lityum iyona benzerdir ancak yük aktarımı için lityum iyonları yerine sodyum iyonları kullanır. Katot tipik olarak katmanlı bir metal oksittir, anot ise genellikle sert karbondur.

Tipik Uygulamalar

• Şebeke ölçekli enerji depolama
• Konut tipi ve ticari enerji depolama
• Elektrikli araçlar
• Taşınabilir elektronik cihazlar (geliştirme aşamasında)

Artılar

• Daha fazla ve daha ucuz hammaddeler: Sodyum, lityumdan çok daha fazla miktarda bulunur, bu da maliyetleri düşürüp üretimi daha sürdürülebilir hale getirebilir.
• Potansiyel olarak daha çevre dostu: Sodyum iyon akülerde kullanılan malzemeler genellikle lityum iyon akülerde kullanılanlara göre daha az zehirlidir ve geri dönüşümü daha kolaydır.
• Daha güvenli taşıma için tamamen deşarj edilebilir: Lityum iyon akülerin aksine sodyum iyon aküler tamamen deşarj edilebilirdir ve bu özellikleriyle nakliye ve depolama lojistiğini basitleştirirler.

Eksileri

• Lityum iyona göre daha düşük enerji yoğunluğu: Sodyum iyon aküler, ağırlık ve boyutun kritik faktörler olduğu uygulamalar için uygun olmayabilir.
• Teknoloji hâlâ ticarileşmenin ilk aşamalarında: Sodyum iyon aküler, daha yeni bir teknoloji olarak henüz gerçek hayattaki uygulamalarda uzun süreli güvenilirlik ve performans gösterememiştir.
• Büyük ölçekli uygulamalarda sınırlı veriler: Kapsamlı saha verilerinin olmaması, uzun vadeli performansı ve potansiyel sorunları tahmin etmeyi zorlaştırır.

 

Nikel Bazlı Aküler

Yeni kurulumlarda daha az yaygın olsa da nikel bazlı aküler bazı sabit uygulamalarda kullanılmaya devam etmektedir. Güvenilir performans sunarlar ve zorlu çevre koşullarına dayanabilirler.

Kimyası

Nikel bazlı aküler pozitif elektrot olarak nikel oksihidroksit (NiOOH) kullanır. Negatif elektrot ve elektrolit tipleri farklılık gösterir. Deşarj sırasında, nikel oksihidroksit elektrodu nikel hidroksite indirgenirken negatif elektrot oksitlenir. Bu işlem şarj sırasında tersine çevrilir.

Türleri

1. Nikel Kadmiyum (NiCd): Dayanıklılıklarıyla bilinirler.
2. Nikel Metal Hidrid (NiMH): Zehirli kadmiyum kullanmadan NiCd'den daha yüksek enerji yoğunluğu sağlar.

Tipik Uygulamalar

• Endüstriyel yedek güç sistemleri
• Demiryolu sinyali
• Uçak çalıştırma ve acil durum gücü
• Uzaktan telekomünikasyon sistemleri

Artılar

• Sağlam ve dayanıklı: Nikel bazlı aküler, fiziksel stres dahil olmak üzere zorlu koşullara dayanabilir.
• İyi çevrim ömrü: Düzgün bakım yapıldığında nikel bazlı aküler uzun yıllar boyunca ve binlerce çevrimde kullanılabilir.

Eksileri

• Lityum iyona göre daha düşük enerji yoğunluğu: Bu sebeple, alan ve ağırlığın önemli olduğu uygulamalar için daha az uygundur.
• Bellek etkisi (özellikle NiCd'de): Kısmi deşarj çevrimleri, kullanılabilir kapasite kaybına yol açarak periyodik tam deşarj çevrimleri gerektirebilir.
• NiCd akülerde kadmiyum ile ilgili çevresel sorunlar: Kadmiyumun zehirli yapısı, birçok bölgede NiCd akü kullanımında kısıtlamalara yol açmıştır.

 

Doğru Testin Önemi

Bu akü teknolojilerinin her biri, optimum performans, güvenlik ve uzun ömür sağlamak için özel bir test düzeni gerektirir. Test yöntemleri ve sıklığı, farklı akü tipleri arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Örneğin:

• Kurşun asit aküler genellikle sağlık durumlarını değerlendirmek için düzenli özgül ağırlık ölçümleri, kapasite testleri ve ohm testleri gerektirir.
• Lityum iyon akülerde erken bozulma belirtilerini tespit etmek için gelişmiş sağlık durumu izleme ve empedans testi yararlıdır.
• Akış aküleri, optimum performans sağlamak için standart elektrik testlerine ek olarak elektrolit bileşimi analizine ihtiyaç duyabilir.

Doğru testler yalnızca akü performansını korumak için değil, aynı zamanda enerji depolama sistemlerinin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için de gereklidir. Düzenli testler, olası sorunların arızalara yol açmadan önce belirlenmesine, akü yönetimi stratejilerinin optimize edilmesine ve enerji depolama sisteminin genel kullanım ömrünün uzatılmasına yardımcı olabilir.

 

Sonuç

Sabit aküler çeşitlidir ve her teknoloji benzersiz avantajlar ve zorluklar sunar. Enerji depolama özelliklerimizi geliştirmeye devam ettikçe muhtemelen akü teknolojisinde daha fazla yenilik ve iyileştirme göreceğiz.

Farklı akü türlerinin özelliklerini anlamak, belirli uygulamalar için doğru teknolojiyi seçmenin merkezinde yer alır. Aynı derecede önemli olan, bu akülerin kullanım ömürleri boyunca en iyi şekilde çalışmalarını sağlamak için uygun test ve bakım düzenlerinin uygulanmasıdır.

Gelecek yazımızda, farklı akü teknolojilerini test etmenin inceliklerini ve Megger çözümlerinin, enerji depolama sistemlerinin güvenilirliğini ve uzun ömürlülüğünü nasıl sağlayabileceğini inceleyeceğiz.