Mobil bilgi işlem ve tamamen elektrikli otomobillere olan talep arttıkça, mevcut pil teknolojisinin sınırlamaları bir engel oluşturuyor. 1790'larda İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından icat edilen elektrik pili, çok sayıda alet, cihaz ve makinenin beyni oldu.
Tüketici aygıtları daha küçük hale geldikçe ve yeniden şarj edilmeden önce kesintisiz kullanımları nedeniyle, pillerin hem minyatürize hem de enerji tasarruflu hale gelmesi giderek önem kazanmaktadır. Ancak bunun aşıldığı takdirde yarının yüksek teknoloji ekonomisi için önemli ve kârlı bir gelişme olacağı teknolojik bir engel olduğu kanıtlanmıştır.
Akü Teknolojisi
Tüm elektrikli piller, iki farklı malzeme arasında meydana gelebilecek indirgeme ve oksidasyonun (redoks) temel kimyasal reaksiyonuna dayanır. Bu reaksiyonlar kapalı ve kapalı bir kaba yerleştirilir. Katot veya pozitif terminal, oksidasyonun meydana geldiği anot veya negatif terminal tarafından azaltılır. Katot ve anot, elektronların bir terminalden diğerine kolayca akmasına izin veren bir elektrolit ile fiziksel olarak ayrılır. Bu elektron akışı, bir devre tamamlandığında bir elektrik akımına izin veren bir elektrik potansiyeline neden olur.
Energizer (ENR) gibi şirketler tarafından üretilen AA ve AAA boyutlu hücreler gibi tek kullanımlık tüketici pilleri (birincil piller olarak bilinir) modern uygulamalara elverişli olmayan bir teknolojiye dayanır. Birincisi, şarj edilemezler. Bu alkalin piller, seyreltik bir potasyum dioksit elektroliti ile ayrılmış bir manganez dioksit katodu ve bir çinko anot kullanır. Elektrolit, anottaki çinkoyu oksitlerken, katottaki manganez dioksit, elektrik üretmek için oksitlenmiş çinko iyonları ile reaksiyona girer. Yavaş yavaş, elektrolitte reaksiyon yan ürünleri birikir ve oksitlenecek kalan çinko miktarı azalır. Sonunda pil bitiyor. Bu piller tipik olarak 1, 5 volt elektrik sağlar ve bu miktarı artırmak için seri şekilde düzenlenebilir. Örneğin, seri olarak iki adet AA pil üç volt elektrik sağlar.
Şarj edilebilir piller (ikincil piller olarak bilinir), iki malzeme arasında indirgenme oksidasyon reaksiyonu kullanarak aynı şekilde çalışır, ancak reaksiyonun tersine akmasına da izin verir. Bugün piyasada en yaygın olarak kullanılan şarj edilebilir piller lityum-iyon (LiOn) olmakla birlikte, nikel-metal hidrit (NiMH) ve nikel-kadmiyum (NiCd) dahil olmak üzere, işlenebilir şarj edilebilir bir pil arayışında çeşitli teknolojiler de denenmiştir.
NiCd, kitlesel pazar kullanımı için piyasada bulunan ilk şarj edilebilir pillerdi, ancak sadece sınırlı sayıda şarj edilebildi. NiMH, NiCd pillerin yerini aldı ve daha sık şarj edilebildi. Ne yazık ki, çok kısa bir raf ömrüne sahiptiler, bu nedenle üretildikten hemen sonra kullanılmazlarsa, etkisiz olabilirler. LiOn piller, küçük bir kap içine girerek, uzun bir raf ömrüne sahip ve birçok ücrete izin vererek bu sorunları çözdü. Ancak, LiOn piller, mobil cihazlar ve dizüstü bilgisayarlar gibi tüketici elektroniğinde en yaygın olarak kullanılmaz. Bu piller tek kullanımlık alkalin pillerden çok daha pahalıdır ve tipik olarak AA, AAA, C, D vb. Geleneksel boyutlarda gelmez.
Çoğu insanın aşina olduğu son şarj edilebilir pil tipi, en yaygın olarak araba pilleri olarak kullanılan sıvı kurşun-asit pillerdir. Bu piller çok fazla güç sağlayabilir (bir aracı soğuk çalıştırırken olduğu gibi), ancak elektrolit olarak kullanılan kurşun ve sülfürik asit gibi tehlikeli maddeler içerir. Bu tür piller, çevreyi kirletmemek veya bu pillerle uğraşanlara fiziksel zarar vermemek için dikkatle atılmalıdır.
Mevcut pil teknolojisinin amacı, LiOn pillerin performansı ile eşleşebilen veya geliştirilebilen, ancak üretimleriyle ilişkili ağır bir maliyet olmadan bir pil oluşturmaktır. Lityum iyon ailesi içinde, fiyat etiketini düşürürken pilin verimliliğini artırmak için ek bileşenler eklemeye odaklanılmıştır. Örneğin, lityum-kobalt (LiCoO2) düzenlemeleri artık birçok cep telefonunda, dizüstü bilgisayarda, dijital kamerada ve giyilebilir üründe bulunmaktadır. Lityum-manganez (LiMn2O4) hücreleri en yaygın olarak elektrikli aletler, tıbbi aletler ve elektrikli araçlarda bulunanlar gibi elektrikli güç aktarma organları için kullanılır. (Daha fazlası için bakınız: Tesla Otomobilleri Neden Bu Kadar Pahalıdır? )
Şu anda, lityum bazlı pillerin performansını artırmak için araştırma ve geliştirme yapan ekipler var. Lityum-hava (Li-Air) piller, tipik bir LiOn pilden 10 kata kadar daha fazla enerji depolama kapasitesine izin verebilecek heyecan verici yeni bir gelişmedir. Bu piller, anodu oksitlemek için serbest oksijen kullanarak tam anlamıyla hava soluyacaktır. Bu teknoloji umut verici görünse de, performansı azaltan yan ürünlerin hızlı bir şekilde birikmesi ve pilin uyarı yapmadan çalışmayı bıraktığı "ani ölüm" sorunu da dahil olmak üzere bir dizi teknolojik sorun var.
Lityum metal piller de mevcut elektrikli otomobil pil teknolojisinden yaklaşık dört kat daha fazla enerji verimliliği vaat eden etkileyici bir gelişmedir. Bu tip bir pilin üretilmesi de daha az pahalıdır, bu da onları kullanan ürünlerin maliyetini düşürecektir. Bununla birlikte, güvenlik sorunları büyük bir endişe kaynağıdır, çünkü bu piller aşırı ısınabilir, yangına neden olabilir veya hasar görürse patlayabilir. Üzerinde çalışılan diğer yeni teknolojiler arasında lityum-kükürt ve silikon-karbon bulunmaktadır, ancak bu hücreler hala araştırmanın ilk aşamalarındadır ve henüz ticari olarak uygulanabilir değildir. Güneş enerjisiyle çalışan pillerin çevresinde de bazı gelişmeler yaşanıyor.
Pil Teknolojisine Yatırım Yapmak
Akü teknolojisi bu heyecan verici yeni yönlerde çıkarsa ve çıkarsa, tüketici elektroniği ve Tesla Motors (TSLA) tarafından üretilenler gibi elektrikli araçlar için üretim maliyetini düşürecektir. Tesla geçtiğimiz günlerde Japon elektronik devi Panasonic (ADR: PCRFY) ile birlikte sadece daha fazla araç üretmekle kalmayıp aynı zamanda kendi LiOn pillerini evde üretecek bir 'gigafactory' in yapımını duyurdu. Akü üretim problemini kendi ellerine alarak Tesla, hem elektrikli otomobillere hem de akü teknolojisine yatırım yapmak için harika bir yol bulmuş olabilir.
Pil teknolojisi pazarı, sektörü ileriye taşıyan yeni teknolojiler, gelişmeler ve ortaklıklar ile bir ölçüde miyop. Visiongain'in “İlk 20 Lityum İyon Pil Üretim Şirketi Raporu 2018”, pil teknolojisi pazarı ve en iyi üreticileri hakkında büyük bir fikir vermektedir. Rapordaki şirketler şunları içerir:
- A123 Systems Inc Çin Otomotiv Enerji Tedarik Şirketi (AESC) Havacılık Sanayi Şirketi (AVIC) BYD Company Ltd CBAK Enerji Teknolojisi A.Ş. Çağdaş Amperex Technology Ltd (CATL) GS Yuasa Corporation Hefei Guoxuan Yüksek teknoloji Güç Enerji Co, Ltd Hitachi Chemical Co, Ltd Johnson Controls Uluslararası Plc. LG Chem Microvast Inc Panasonic Corporation Saft Piller Samsung SDI Co Ltd TDK Corporation / Amper Teknoloji Ltd (ATL) Tesla Inc Tianjin Lishen Pil Anonim Co, Ltd Tianneng Güç Uluslararası Ltd Toshiba Corporation
Pil endüstrisindeki diğer önemli isimler şunları içerir:
- Arotech Corp (ARTX), lityum ve çinko-hava pillerini geliştirir ve dağıtır ve ABD ordusunu müşterileri arasında sayar.PolyPore Inc. (PPO), esas olarak endüstriyel ve tıbbi kullanımlar için son derece uzmanlaşmış lityum polimer piller üretmektedir.Ener1 (OTCMKTS: HEVVQ) elektrikli araçlar için akü çözümleri oluşturmak üzere Delphi Automotive (DLPH) ile çoğunluk hissesine sahip bir ortak girişim olan alternatif enerji şirketi.Haydale Graphene Industries PLC (LON: HAYD), nanoteknoloji ve üretecek malzeme grafeninden yararlanan bir İngiliz şirketidir., grafen bazlı piller. Uygulamalı Grafen Materyalleri (OTCMKTS: APGMF) de grafen tabanlı uygulamalar için araştırma yapmaktadır.EnerSys piller üzerinde saf bir oyundur. Şu anda dünya çapında en büyük endüstriyel batarya üreticisidir.
Ayrıca Global X Lityum ve Pil Teknolojisi ETF (LIT) de var. bu ETF, Solactive Global Lityum Endeksini takip etmeyi hedeflemekte ve öncelikle lityum madenciliği, lityumun rafine edilmesi ve lityumun pil üretiminde kullanılması da dahil olmak üzere, lityum üzerine odaklanmış halka açık şirketlerin çeşitlendirilmiş bir portföyüne maruz kalmayı sağlamaktadır. Ekim 2018 itibariyle LIT ETF'deki en iyi holdingler şunları içeriyordu:
- FMC CORP 18.06% ALBEMARLE CORP 17.64% SAMSUNG SDI CO LTD 7.40% ENERSYS 6.91% QUIMICA Y MINERA CHIL-SP 6.62% LG CHEM LTD 5.41% GS YUASA CORP 4.95% PANASONIC CORP 4.60% TESLA INC 4.37% SIMPLO TECHNOLOGY CO LTD 4.24%
Alt çizgi
Modern dönemde güç pilleri her zaman önemli olmuştur. Ancak, mobil bilgi işlem ve elektrikli arabaların ortaya çıkmasıyla, önemleri sadece büyümeye devam edecektir. Şu anda, örneğin, pil güç paketleri bir Tesla otomobilinin maliyetinin yarısından fazlasını oluşturuyor.
Artan önemleri nedeniyle, daha yeni ve daha iyi şarj edilebilir pillerle ilgili araştırmalar hız kazanıyor. Lityum-hava ve lityum-metal piller önemli bir gelişme olabilir. Bu teknolojiler işe yaramıyorsa, akü üretimine dahil olan büyük şirketlere, saf oyun lityum iyon üreticilerine ya da lityum metal üreticileri aracılığıyla dolaylı maruz kalmaya yatırım yapmak bir portföyün gelecekteki performansını desteklemeye yardımcı olabilir. ( Daha fazla bilgi için, bkz . Bir Sonraki Megatrend'e Yatırım: Lityum .)