Günümüzde lityum iyon bataryalara alternatif olarak birçok batarya teknolojisi geliştiriliyor. Alüminyum iyon bataryalar da gelecek vadeden teknolojilerden biri olarak ön plana çıkıyor. Almanya’daki Fraunhofer Entegre Sistemler ve Cihaz Teknolojisi Enstitüsü’nün (IISB) liderliğinde geliştirilen ortak Ar-Ge projesi INNOBATT, alüminyum–grafit çift-iyon pillere (AGDIB) dayalı bir batarya sistemi demosu geliştirdi. Bu yeni demo, alüminyum iyon pillerin yalnızca laboratuvar ortamında değil, gerçek kullanım koşullarında da kararlı şekilde çalışabildiğini göstermesi açısından büyük önem taşıyor.
Alüminyum iyon bataryaların avantajları neler?
Şarj edilebilir alüminyum iyon bataryalar; kolay temin edilebilen alüminyum ve grafit gibi aktif malzemeleri kullanan, düşük maliyetli ve yanıcı olmayan bir enerji depolama seçeneği sunuyor. Katot malzemesi olarak doğal grafitin kullanıldığı AGDIB hücreleri, 160 Wh/kg seviyesine ulaşan enerji yoğunluğu ile 9 kW/kg’ın üzerinde güç yoğunluğu sağlayabiliyor. Yüksek güç gerektiren uygulamalara uygun bu bataryalar, yüksek C değerlerinde hızlı şarj ve deşarja imkan tanıyor.
Fraunhofer IISB’ye göre tersinir kimyası sayesinde laboratuvar örnekleri %100 deşarj derinliğinde 10.000’den fazla döngüye olanak tanırken, neredeyse %100 Coulomb verimliliği ve %85’in üzerinde enerji verimliliği sağlıyor. Korozyona dayanıklı çok katmanlı kese tipinde hücreler 200 mAh’a kadar kapasite sunuyor; dört katmanlı 200 mAh hücreler 6C’de 1.000’den fazla çevrimi, tek katmanlı 30 mAh hücreler ise 30C’de 7.000’den fazla çevrimi tamamlayabiliyor.
Bu performans düzeyi sayesinde alüminyum iyon bataryalar, özellikle UPS sistemleri ve şebeke stabilizasyonunda kullanılan yüksek güçlü enerji depolama çözümleri gibi sabit ve hibrit mobil uygulamalarda ciddi bir potansiyel taşıyor. Bu alanlarda yüksek enerji yoğunluğu yerine, sık tekrar eden düşük enerjili mikro çevrimler için yüksek güç kabiliyeti ön plana çıkıyor.
Tam bir batarya sistemi oluşturuldu
Pek çok lityum içermeyen batarya teknolojisi hala laboratuvar ölçeğinde kalırken, sistem seviyesinde çalışır durumdaki örnekler oldukça az. INNOBATT projesi kapsamında, önceki çalışmalarda küçük boyutlu kese hücrelere ölçeklenen AGDIB teknolojisi bu kez tam bir batarya sistemi haline getirildi. Çalışma, sürdürülebilir hücre kimyasından kablosuz BMS (batarya yönetim sistemi) entegrasyonuna, kuantum tabanlı çift yönlü akım ölçümünden geri dönüştürülebilir modül tasarımına kadar tüm değer zincirine odaklanıyor.
Gerçeğe yakın bir senaryoda test edilen demo sistem, 8 adet AGDIB kese hücresini açık kaynaklı foxBMS® platformuna dayalı kablosuz bir BMS ile bir araya getiriyor. Güvenli RF iletişimi sağlayan BMS’nin yanı sıra yüksek çözünürlüklü akım ölçümü yapabilen elmas tabanlı bir kuantum sensörü de kullanıldı.
Sistem, alüminyum iyon hücre kimyasının şebeke stabilizasyonu için gerekli yüksek güç performansını modül seviyesinde doğruladı. Hücre ölçeğinde elde edilen önceki sonuçlar, gerçek frekans verileriyle simüle edilen anlık yedek güç senaryolarında tekrar sağlandı. Sistem, uzun süre boyunca 10C seviyesindeki dinamik yüksek akım yükleri altında kararlı bir şekilde çalıştı. Böylece AGDIB teknolojisinin üretim, hücre bağlantı ve sistem entegrasyonu açısından ölçeklenebilir olduğu gösterildi.
