By | 26 Haziran 2018

Giriş

Kurşun asit bataryalar bir yüzyılı aşkın bir süredir üretilmektedir ve hala başta otomotiv olmak üzere birçok alanda elektrik enerjisini depolamak amaçlı kullanılmaktadır. Günümüzdeki içten yanmalı motorlu araçlarda ilk çalıştırma ve elektronik donanım için gerekli olan enerji kurşun asit bataryalardan sağlanmaktadır.

Kurşun asit bataryalar kurşundan oluşan elektrotlar ve kurşun dioksitten oluşan elektrolitler arasında aşağıdaki tepkimenin meydana gelmesi ile enerji üretir:

Kurşun asit bataryada meydana gelen tepkime

Bataryadan enerji çekilirken meydana gelen tepkimeler

Batarya şarj edilirken meydana gelen tepkimeler

 Karakteristik Özellikleri

Kurşun asit bataryaların karakteristik özellikleri şöyledir:

Kurşun Asit Bataryanın Karakteristik Özellikleri

Spesifik Enerji 20-35 Wh/kg (kullanıma bağlı olarak değişiyor)
Enerji Yoğunluğu 54-95 Wh/m^3
Özgül Güç 250 W/kg
Nominal Hücre Voltajı 2 V
Amper Saat Verimi %80 (sıcaklık ve kendi kendine deşarja bağlı olarak değişebiliyor)
İç Direnç 1 AmperSaat’lik hücre için 0.002 ohm (oldukça düşük bir değer)
Ticari Kullanımı Birçok üretici tarafından kullanılmaktadır.
İşletme Sıcaklığı Soğuk havalarda düşük performans gösteriyor.
Kendi Kendine Deşarj %2 (bir günde)
Ömür Çevrimi %80’lik kapasitede kullanımda 800 çevrime kadar çıkabiliyor
Şarj Süresi 8 saat (1 saatte %90 şarj etmek mümkün)

 

 Güçlü Yönleri: Kurşun-asit bataryalara baktığımızda iki temel avantajının olduğunu görürüz:

  • Maliyeti oldukça düşüktür. Bunun sebebi batarya yapımında kullanılan malzemelerin düşük maliyete sahip olmasıdır. (kurşun, kurşun dioksit, sülfürik asit)
  • Üretimi için gerekli olan teknoloji olgunlaşmıştır: Uzun yıllardır kullanılması teknolojisinin olgunlaşmasının sebebidir.

 Zayıf Yönleri: Bunların yanında kurşun-asit bataryalar bazı dezavantajlara da sahiptirler. Bunları sıralarsak:

  • Enerji yoğunluğu düşüktür. Bu dezavantajlarından bir tanesidir ve bunun sebebi kurşunun yüksek molekül ağırlığıdır.
  • Sıcaklık karakteristiği kötüdür. 10 Celcius’un altında özgül gücünde ve özgül enerjisinde yüksek oranlarda düşüş meydana gelmektedir. Bu özelliği birçok uygulamada (özellikle soğuk hava şartlarında çalışacak araçlarda) tahrik bataryası olarak kullanılmasını engellemiştir.

 Güvenlik: Sülfürik asidin yüksek oranda korozyon etkisinin olması araç içindeki yolcular için potansiyel bir tehlike oluşturmaktadır. Kendi kendine deşarj (self-discharge) ile hidrojenin salınması ise diğer potansiyel tehlikedir. Çünkü hidrojen gazının çok küçük oranlarda dahi havaya karışması yanma reaksiyonları meydana getirmektedir (Hidrojenin havada tutuşma oranı %4’tür). Bunun önüne geçmek için sızdırmaz bataryalar yapılmıştır. Bu sistem bataryanın deşarj durumunda ortaya çıkan hidrojen ve oksijen moleküllerini atmosfere salmak yerine depolamaktadır ve sisteme geri vermektedir. Böylece hem güvenlik tehlikesinin önüne geçilmiştir hem de aküye elektrolit ilave edilmesinin gerekliliği ortadan kaldırılmıştır. Bunun yanında sızdırmaz bataryalar belirli basınç değerlerinden sonra depoladığı oksijen ve hidrojeni atmosfere salmaktadır.

 Kurşun asit bataryaların çok farklı şekillerde ve boyutlarda üretimi mümkündür. Hatta klasik uygulamalarda görülen ve güvenlik zafiyeti yaratan sıvı elektrolit yerine ‘jel’ elektrolitli kurşun asit bataryaların kullanımı da söz konusudur. Jel elektrolitli olanlar elektrikli araçlar için uygun bir tercihtir. Çünkü kaza esnasında elektrolitin etrafa saçılıp sürücüye, yolculara veya yayalara zarar vermesinin önüne geçilmiştir.

 Kendi Kendine Deşarj Oranı: Kurşun asit bataryaların en önemli dezavantajlarından birisi kendi kendine deşarj oranının yüksek olmasıdır. Kendi kendine deşarj, batarya hücrelerinin sıcaklığına bağlı olarak değişir; sıcaklık artarsa kendi kendine deşarj oranı artar. Kendi kendine deşarj diğer faktörlere de bağlıdır. Bunlar, batarya yapımında kullanılan malzemelerin saflığı (diğer bir deyişle kalitesi) ve elektrot yapımında kullanılan alaşımlardır.

 Kurşun asit bataryalarda, kendi kendine deşarj gibi, istenmeyen reaksiyonlar meydana gelmektedir. Bu reaksiyonlar sonucunda hidrojen ve oksijen gazları ortaya çıkmaktadır. Batarya ne kadar çok deşarj olursa hidrojen ve oksijen o kadar çok ortaya çıkmaktadır. Düşük voltaj, yüksek sıcaklık ve yüksek elektrot aktivitesi deşarjı hızlandıran parametrelerdir. Bu, bataryada depolanan enerjide kayıpların meydana gelmesine neden olmaktadır.

Deşarj esnasında meydana gelen tepkimeler

 Ömür: Kurşun asit bataryaların ömrü uygulamalara göre farklılık gösterebilmektedir. Fakat genel olarak 700 çevrim olarak kabul edilir. Fakat çevrim sayısı derin deşarja çok bağlıdır. Forklift gibi endüstriyel kullanımlarda 1200-1500 çevrimlik ömür veya 7-8 yıllık bir ömür verilmektedir. Elektrikli araçlar için ise 700 çevrim veya 5 yılık ömür verilmektedir.

 Sonuç

 Kurşun asit bataryaların olgunlaşmış bir teknolojisi ve gelişmiş bir endüstrisi vardır. Şarj edilebilir bataryalarda kWh başına en düşük maliyete sahip bataryadır ve yakın gelecekte de endüstrideki varlığını koruyacağı öngörülmektedir. Bununla birlikte düşük özgül enerjiye sahip olması uzun menzilli elektrikli araçlarda kullanımının önüne geçmektedir. Bu sebeple düşük menzilli elektrikli araçlarda veya hibrid araçlarda kullanımı söz konusudur.

 

YARARLANILAN KAYNAKLAR:

  • Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles, Fundamentals, Theory, and Design; Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E. Gay, Ali Emadi, CRC Press, Sayfa 310, 311
  • Electric Vehicle Technology Explained, James Larminie, John Lowry, John Wiley&Sons, Ltd ,Sayfa 30-35,

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir