Yapay zekadan makale özeti
- Kısa
- Ayrıntılı
- Bu video, Glowbox'ta çalışan ve otomotiv sektöründe deneyimli bir malzeme bilimci uzmanının sunduğu kapsamlı bir eğitim sunumudur. Konuşmacı, lityum iyon batarya teknolojisi hakkında detaylı bilgiler vermektedir.
- Video, lityum iyon pillerinin temel mekanizmasını, malzeme özellikleri, üretim süreçlerini ve karakterizasyon tekniklerini anlatarak başlıyor. Daha sonra farklı batarya türleri (katı elektrolitli, mikro bataryalar, esnek ve organik bataryalar) ve analiz yöntemleri ele alınıyor. Son bölümde ise soru-cevap oturumuyla batarya teknolojilerinin güncel durumu ve gelecekteki potansiyeli hakkında bilgiler paylaşılıyor.
- Videoda ayrıca batarya malzemelerinin geri dönüşümü, süper kapasitörler, hidrojen yakıt hücreleri gibi alternatif enerji depolama sistemleri ve Almanya'daki eğitim sistemi hakkında teknik bilgiler de sunulmaktadır. Konuşmacı, QuantumScape ve Solid Power gibi katı elektrolit batarya üreticilerinin performans değerlerini de paylaşıyor.
- Lityum İyon Pil Mekanizması
- Lityum iyon pilde, katot malzemesindeki lityum iyonları nüfüze olup anot kısmına ulaşır, elektron verir ve tekrar katot kısmına döner.
- Lityum iyon pillerinde anot, katot komponentleri ve lityum iyonlarının nüfüze olmasını sağlayan sıvı elektrolit bulunur.
- Lityum iyon pillerinin temel uygulamaları cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, fotoğraf makineleri, savunma sanayindeki akıllı kaslar, sağlık alanında kalp pilleri ve e-mobilite sistemleri gibi elektrikli araçlardır.
- 02:22Lityum İyon Pil Özellikleri
- Lityum iyon pillerinin temel özellikleri yüksek enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğudur.
- "Oktagon Battery" adı verilen sekiz temel özellik: hızlı şarj olabilme, düşük maliyetli üretim, uzun kullanım ömrü, güvenlik, geniş sıcaklık aralığı ve toksik olmayan malzemelerdir.
- Batarya maliyeti sadece üretimden değil, hammadde elde edilmesi, toz sentezi ve hücre üretim aşamalarından da etkilenir.
- 06:46Lityum İyon Pil Çeşitleri
- Lityum iyon pil dört temel hücre türüne sahiptir: koyun, silindir, prizmatik ve parça.
- Kalp pilleri gibi küçük uygulamalarda coincell kullanılırken, elektrikli araçlar ve telefonlarda diğer üç hücre türü tercih edilir.
- Farklı firmalar maliyet, avantaj, dezavantaj ve yer kaplaması gibi faktörler göz önünde bulundurarak hücre türünü seçerler.
- 08:30Lityum İyon Pil Üretim Süreci
- Lityum iyon pil üretiminde glowbox sistemi kullanılır çünkü lityum metali ve sıvı elektrolit havaya karşı dayanıklı değildir.
- Üretim sürecinde ilk olarak çamur oluşturma sistemi kullanılarak anot ve katot aktif malzemeleri iletken malzemelerle karıştırılır.
- Teyp casting yöntemi ile current collector'lara kaplama yapılır, ardından calendering aşaması ve elektrotların birleştirilmesi ile pil oluşturulur.
- 11:53Lityum İyon Bataryaların Malzemeleri
- Anot malzemeleri arasında halihazırda kullanılan lityum bataryalarda grafit, Tesla'nın ilan ettiği silikon anotlar ve lityum titanyum oksit bulunmaktadır.
- Lityum metalini anot olarak kullanmak istenmektedir çünkü performansı yüksek olsa da konvansiyonel bataryalarda sıvı elektrolitin seperatörden sızarak lityum ile etkileşime girdiğinde güvenlik riski oluşturduğu için kullanılamamaktadır.
- Katot malzemeleri genellikle geçiş metal oksitleri olan layer tabakalı oksitlerdir ve en çok kullanılan NMC (lityum nikel, mangan, kobalt oksit) sistemi, LMO (lityum mangan oksit), LNM (lityum nikel-mangan oksit) ve LNC (lityum nikel, kobalt, alüminyum oksit) kombinasyonlarıdır.
- 14:39Seperatör ve Elektrolit
- Konvansiyonel lityum bataryalarda seperatör ve elektrolit birlikte düşünülmekte, elektrolit olarak NFT bazlı sıvı elektrolitler kullanılmaktadır.
- Katı elektrolit pillerinde de sıvı elektrolitin performansına ulaşmaya çalışılmakta ancak henüz hiçbir katı elektrolit bu yapıya tam olarak ulaşamamıştır.
- Seperatör malzemeleri porlu yapıya sahip olmalıdır ve genellikle polimer esaslı membranlar kullanılmaktadır.
- 16:14Bataryaların Yaşlanma Süreci
- Bataryaların üç farklı komponenti (anot, katot ve seperatör) birleştirilerek elde edilir ve bu komponentlerin birbiriyle uyumlu olması gerekir.
- Bataryaların ömrünü azaltan yaşlanma etkileri anot ve katot malzemelerinde de görülebilir.
- Anot malzemesinde yaşlanma etkileri daha fazladır çünkü katottan çıkan lityum iyonları anot tabakasında solid elektrolit interface (SEI) layer oluşturur ve bu layerın kalınlığı arttıkça pilin ömrü kısalır.
- 19:03Katot Malzemesinde Yaşlanma Etkileri
- Katot tarafında da yaşlanma etkileri vardır; katot aktif malzemesinde oluşan mikro çatlaklar ve hacim değişimleri en temel sorundur.
- Lityum iyonlarının difüze olması ve kristal yapısına girip çıkması sonucunda oluşan hacim değişimleri çatlaklara neden olur.
- Araştırmacılar, aktif malzemelerin etrafını kaplayarak reaksiyonları durdurarak veya hacim değişimlerini kontrol ederek yaşlanma sürecini geciktirmeye çalışıyorlar.
- 20:48Batarya Performansını Etkileyen Faktörler
- Bataryanın ömrünü belirleyen cycle life, bataryanın hangi sıcaklıkta, hangi akımlarda ve hangi voltaj aralığında kullanıldığı gibi faktörlerdir.
- Yeni bir batarya geliştirmek veya mevcut bir bataryanın özelliklerini ölçmek için farklı sıcaklıklarda charge ve discharge testleri yapılır.
- Sadece malzemenin özelliklerinin iyi olması pilin uzun ömürlü veya performansı yüksek olması anlamına gelmez, malzeme özelliklerinden sistem özelliklerine geçiş yapılması gerekir.
- 22:38Karakterizasyon Teknikleri
- Karakterizasyon iki şekilde düşünebilir: elektrokimyasal karakterizasyon ve mikro yapı karakterizasyonu.
- Testler hem laboratuvar ortamında, hücre boyutunda hem de modül üzerinde yapılmalıdır çünkü bir pil sadece tek başına değil, modül halinde de çalışması gerekir.
- Elektro impedans spektroskopisi, bataryada gerçekleşen reaksiyonlar hakkında bilgi veren bir tekniktir ve bu teknik şarj-disharge uygulamalarından önce ve sonra gerçekleştirilebilir.
- 26:02Batarya Analiz Teknikleri
- Institu ve operando analiz teknikleri, bataryalarda hangi aşamada short circut oluştuğunu ve mikro yapının nasıl değiştiğini gözlemlemek için kullanılır.
- Operando analiz, batarya tam olarak çalışma halindeyken (örneğin cep telefonunda) kullanma koşullarını oluşturup analizleri gerçekleştirir.
- Optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu ve X-ray mikroskobu gibi teknikler, bataryanın mikro yapılarını incelemek için kullanılır.
- 27:28Batarya Mikro Yapısı ve Analiz Sonuçları
- Silindir bataryaları keserek farklı tabakaları (anot, katot ve current kollektörler) optik mikroskop altında görebiliriz.
- Taramalı elektron mikroskobu, katot malzemesindeki aktif malzemede oluşan mikro çatlakları gözlemlemek için kullanılır.
- X-ray mikroskobu, bataryayı kesmeden tabakaları analiz etmek ve peynir oluşumlarını tespit etmek için kullanılır.
- 30:21Batarya Gelişim Trendleri
- Farklı malzeme gruplarında ve ülkeler arasında ortak anlaşmalar bulunmakta, özellikle katı bataryalar konusunda gelişmeler yaşanmaktadır.
- Elektrolitler, katot ve anot malzemelerinde değişiklikler yapılmakta ve kısa vadede uzun vadedeki planlar gerçekleştirilmektedir.
- Akıllı şehirler ve sistemlerde bataryaların entegrasyonu ve akıllı fonksiyonların yüklenmesi konuları tartışılmaktadır.
- 32:30Katar Bataryalar
- Katar bataryaların en büyük avantajı güvenlik ve yüksek enerji yoğunluğudur, ancak şu anki performansı biraz daha yavaş olsa da yakın gelecekte önemli bir batarya sistemidir.
- Katar bataryalarda konvansiyonel lityum-iyon bataryalardaki sıvı elektrolitin yerine katı bir elektrot kullanılır, bu da hacim değişimlerinden kaynaklanan yangınları ve shortları engeller.
- Katı elektrolitler arasında sülfit grubu ve oksitlerdeki garnet grubu en çok çalışılan sistemlerdir.
- 34:32Katar Bataryaların Üretimi ve Kullanımı
- Samsung, Panasonic ve Quantum Scape gibi birçok firma katı hal elektrolitleri üretmektedir.
- Volkswagen, BMW, Ford ve Jaguar gibi otomotiv firmaları katı bataryalarla ilgili ortak çalışmalar yürütüyor.
- Mikro batarya teknolojisi, katı elektrolitleri 50 nanometre kalınlığında üretmek ve bu sistemleri doğrudan uygulamalarda kullanmak için geliştirilmiştir.
- 37:59Batarya Geri Dönüşümü
- Katot malzemeleri (lityum, nikel, mangan, kobalt) cep telefonlarından elektrikli araçlara ve otobüslere kadar farklı uygulamalarda farklı miktarlarda kullanılmaktadır.
- Periyodik tabloda cep telefonu üretiminde kullanılan elementlerin bir kısmı tükenmeye yüz tutmuş durumdadır.
- Geri dönüşüm, tükenmeye yüz tutmuş malzemeleri sisteme geri dönüştürmek için en büyük itici güçtür.
- 39:42Lityum İyon Bataryalar ve Alternatif Teknolojiler
- Lityum sodyum pillerle değiştirme ve katı al teknolojisi gibi yeni alternatifler araştırmada bulunuyor, özellikle Fransa'da bir firma pilot üretim yapmaya başlamış.
- Batarya geri dönüşümü için BMW, Volkswagen ve Tesla gibi birçok otomotiv şirketi fabrikalar kurmuş veya pilot tesisler açmış.
- Batarya geri dönüşümü katot aşamasından, üretim sonrası ve artık kullanım sonrası farklı aşamalarda yapılabiliyor.
- 43:37Lityum Metal Bataryalar
- Lityum metal bataryaların kullanımını en büyük limitleyen faktör sıvı elektrolitin kullanımıdır.
- Katı elektrolitler (seramik, cam seramik veya polimer-seramik kompozit) kullanılmasıyla lityum metal bataryalar kullanılabilir hale getirilebilir.
- Lityum air bataryalar da lityum metali kullanarak oksijenle reaksiyon yoluyla batarya enerjisi elde eder.
- 45:28Kobalt Kullanımı ve Hidrojen Yakıt Hücreleri
- Kobalt, pahalı ve toksik olduğu için azaltılmaya çalışılır, ancak kobalt-rich katotlarda performans yüksek olduğu için tercih edilir.
- Hidrojen yakıt hücreleri uzun vadede avantajlı olabilir, ancak şarj istasyonlarının yetersizliği ve yüksek maliyetleri gibi dezavantajları vardır.
- Hidrojen yakıt hücreleri havacılık sektöründe bataryalara göre daha avantajlı olabilir, ancak maliyetler ve çözülmesi gereken problemler nedeniyle henüz yaygınlaşmamıştır.
- 49:19SEI Katmanı ve Süper Kapasitörler
- SEI (SOLID ELECTROLYTE INTERPHASE) katmanı oluşması istenir, çünkü oluşmazsa anot malzemesi sürekli korozyona uğrayarak tüketilir.
- SEI katmanında oluşan reaksiyon ürünlerinin iyonik iletkenliği etkileyen ve bloklayan özellikleri nedeniyle farklı modifikasyon çalışmaları yapılıyor.
- Süper kapasitörler enerji depolama alanında gündemde olan bir teknolojidir.
- 52:13Enerji Depolama ve Dönüşüm Sistemleri
- En optimum sistem, enerji depolama ve dönüşüm sistemlerinin entegre bir şekilde kullanılmasıdır.
- Akıllı şehirlerde kaybolan ısının kullanıldığı, termoelektrik modüllerin olduğu ve süper kapasitörlerin kullanıldığı bir entegre platform düşünülmelidir.
- Yakıt hücreleri gibi enerji dönüşüm sistemleri de bu entegre platforma dahil edilmelidir.
- 53:53Erasmus Staj İmkanları
- Erasmus programı 2020'nin ortasından beri normal şartlarda mevcuttur, ancak pandemi nedeniyle şu anda Almanya'daki üniversitelerde staj kabulü durdurulmuştur.
- Diğer Avrupa ülkelerinde durum farklı olabilir, örneğin Avusturya'nın Erasmus vizeleri konusunda kabul aldığını bilinmektedir.
- Pandemi geçerse Erasmus başvuruları tekrar açılacaktır.
- 56:40Batarya Çalışmaları İçin Gerekli Bilgiler
- Batarya çalışırken elektrokimya alanında çalışılır, ancak malzeme bilimi ve temel bilimler (fizik, kimya) de belli bir seviyede bilinmelidir.
- Batarya çalışmak isteyenler için MIT'nin solid state chemistry ve physical chemistry online derslerini izlemeleri önerilmektedir.
- Elektrokimya bilmeden ve physical chemistry bilmeden batarya çalışmak çok zordur.
- 59:15Grafen ve Lityum İyon Piller
- Grafen elektronik konaktiviteyi arttıracak bir malzemedir ve lityum iyon pillerinde katot aktif malzemesi olarak kullanılabilir.
- Konvansiyonel bataryalarda bağlayıcı ve karbon elektronik kondaktiviteyi sağlarken, grafen de bu özelliğe katkıda bulunabilir.
- Flexible bataryalarda grafenin yapısı nedeniyle de kullanılabileceği düşünülmektedir.
- 1:02:10Garnet Yapısının Üretimi
- Garnet yapılarda en büyük sorun oksijen ortamında değil, karbondioksitten kaynaklı lityum karbonat oluşumudur.
- Garnet yapılarının tozunu normal seramik toz yöntemleriyle globox içerisinde sentezleyebilirsiniz.
- Sinterleme kısmında karbondioksitten dolayı yüzeyde lityum karbonat oluşumu gerçekleşir ve bu iletkenliği düşürür.
- 1:04:52Katı Elektrolitli Lityum Bataryalar
- Metalik lityum kullanılarak katı elektrolitli bataryaların üretiminde sinterleme veya pişirme işlemi gerekli değildir çünkü lityum metalinin erime sıcaklığı oldukça düşük.
- Katı elektrolitli bataryaların üretim süreci, konvansiyonel lityum bataryaların üretim sürecine benzer; lityum, katı elektrolit ve katı piller (pelet, polimer kompozit layer veya teypcating olmuş layer) coin hücre içerisinde kompakt hale getirilir.
- Yüzey tutulması için, ölçüm öncesi bataryaları 80-100 derecede 1-2 saat tutmak yeterlidir.
- 1:06:49Sólid State Bataryaların Gelişimi
- Geçmişte Sólid State bataryaların performansı oldukça düşük seviyedeydi; örneğin iPhone bataryası kadar bir batarya sadece bir LED lambayı yakabiliyordu.
- Günümüzde Sólid State bataryalar daha iyi performans göstermektedir; Quantum Scape gibi firmalar 1000 watt/liter performansında tek katmanlı bataryalar üretmektedir.
- Solid Power ise sülfit bazlı ve multi-layer bataryalar üretmektedir, Quantum Scape ise 2020'nin sonunda tek katmanlı bataryalarını, daha sonra on katır birleştirerek batarya hücresini ilan etmiştir.
- 1:09:56Almanya'da Mühendislik Eğitimi ve Sektör İlişkisi
- Mühendislik fakültelerinden genelde doktora yapan oranı temel bilimlere göre daha azdır; çoğu öğrenci lisans veya yüksek lisans sonrası sektöre yönelir.
- Almanya'da teknik üniversiteler ve uygulamalı üniversiteler (University of Applied Science) bulunur; uygulamalı üniversitelerde öğrencilerin staj ve tezlerini endüstride yapma imkanı daha fazladır.
- Sektördeki AR-GE departmanlarında laboratuvarlar ve prototip düzeyinde araştırmalar yapılabilmektedir, bu nedenle üniversite ve sektör arasında araştırma açısından büyük bir fark yoktur.
- 1:14:48Toplantının Kapanışı
- Katılımcılara teşekkür edilerek toplantı sonlandırılmıştır.
- Katılımcılar, soruları için konuşmacıya LinkedIn üzerinden ulaşabileceklerdir.