Sodyum-İyon Piller: Enerji Depolama Ve Dönüşüm İçin Ucuz Bir Çözüm

Abstract

ÖZET Günümüzde “fosil” esaslı yakıtlardan daha yeşil ve sürdürülebilir enerji ekonomisine geçiş etkili enerji depolama sistemleri olmaksızın başarılı olamayacağı öngörülmektedir. Güneş ya da rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından enerjinin elde edilmesi gerek günümüz gerekse gelecekteki enerji talebini başarılı bir şekilde karşılayabilecektir ve bu enerji türlerinin doğaya karşı herhangi bir tehdit oluşturmayacağı da görülmektedir. Amerika Bileşik Devletleri örneğinden de görülebileceği üzere küresel ısınmanın temel nedeni olan sera etkisi gaz emisyonlarının yaklaşık olarak %90’ının fosil tabanlı yakıtların kullanılmasından kaynaklandığı raporlanmıştır. Fosil ekonomisinden yeşil ve sürdürülebilir ekonomiye geçiş etkili depolama sistemleri olmadan mümkün değildir. Güneş ve rüzgâr enerjisi, doğaya ve çevreye zarar vermeden gelecekte ki enerji ihtiyaçlarını karşılamak için büyük bir potansiyele sahiptir. Küresel ölçekte ortaya çıkan ciddi iklimsel değişimlerden dolayı otomobil üreticileri, sıfır emisyona sahip (elektrik ya da hibrid araçlar) otomobiller üretme çabasına girmişlerdir. Bunun yanı sıra mobil ve hareketsiz uygulamalar için de uyumlu çözümler için de daha etkin ve düşük maliyetli bataryalar üretmek günümüzde zaruri hale gelmiştir. Günümüzde bu tür ihtiyaçlar lityum iyon piller tarafından başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak bu teknoloji günümüzde önemli dezavantajlara sahiptir; - Ticari pillerde kullanılmakta olan oksitli bileşiklerin termal kararsızlıklarından dolayı ortaya çıkan güvenlik problemleri, - Dünyada lityum kaynaklarının bulunduğu ülkelerde politik kararsızlıkların bulunması ve artan lityum karbonat maliyetleri. Bu önemli problemlerin ortadan kaldırılması amacıyla iki önemli faaliyetin doğrudan hayata geçirilmesi gereklidir, - Yanıcı elektrolitlerin herhangi bir yangına sebep olmasını engellemek adına kimyasal ve termal kararlılıkları oksitli elektrotlardan daha yüksek olan fosfat esaslı malzemelerin kullanılması (Güvenlik hususları). - Daha büyük boyutlarda bataryalar gerektiren özellikle hareketsiz uygulamalar için daha rekabetçi elektrot malzemeleri üreterek şarj edilebilir batarya fiyatlarını düşürmek. Sodyumun yerkabuğunda yüksek oranda bulunması ve düşük maliyete üretilebilmesi geniş ölçekli uygulamalar (Yenilenebilir enerji ve EV/HEV uygulamaları) için yüksek oranda temin edilebilirliği için ciddi bir avantajdır. Bu projenin temel amacı Na iyon pil esaslı fosfat esaslı elektrot malzemeleri hususunda araştırma yapmak ve endüstri için prototip bir ürün geliştirmektir.

ABSTRACT The transition from ‘fossil’ economy to a greener and sustainable economy cannot be achieved without efficient energy storage systems. The recovery of energy from renewable sources such as solar or wind power has enormous potential to meet current and future energy needs and to lead to a better preservation of nature and the environment. In the United States for example, the combustion of fossil fuel results in more than 90% of the greenhouse gas emissions, which is also the main cause of global warming. This noticeable climate changes have urged major vehicles (electric or hybrid vehicles). To achieve the aim to develop a suitable energetic solution for mobile and stationary applications, an efficient and low-cost energy storage system is needed. The lithium-ion batteries with high energy density have long been effective solution to meet these demands, however, this technology faces two major challenges: - The safety issue due to thermal instability of oxides used in the commercial batteries, - The problem of lithium resource available in politically unstable regions increasing the lithium carbonate cost. In order to face these major challenges, both actions are being undertaken around the World: - Replace electrode materials based on oxides by phosphates with higher chemical and thermal stability, in order to impede the generation of oxygen causing the combustion of flammable electrolyte (Safety issue), - Reduce the price of these rechargeable batteries to make them more competitive especially in the stationary applications requiring large size batteries. The abundance and low cost of Na in the earth is great an advantage when a large amount of alkali is demanded for large-scale applications (Renewable energy and EV/HEV). The aim of this Project is to present full sodium-ion batteries made from phosphate by exploring new efficient electrode materials and proposing a prototype ready for use in the industry.