İlk olarak Naviga Magazin’de yayınlanmıştır. © Naviga
Günümüzde yaygın olarak kullanılan akü tipleri genel olarak Kurşun/Asit Aküler ve Lityum aküler olarak iki ana grup altında ele alınabilir. Kurşun Asit aküler ise kendi içinde Sulu tip Kurşun/Asit aküler, AGM (Asit emdirilmiş cam elyaf) aküler ve Kuru tip Jel aküler olarak üç ana gruba ayrılır.
Farklı teknolojilerle tasarlanıp üretilen bu aküler, farklı karakteristiklere, avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Tekne için akü seçimi yapılırken kullanım amacı, sistem ihtiyaçları, hacim ve ağırlık kısıtlamaları ve de bütçe olanaklarına optimum çözümü bulmak hedeflenmelidir. Şimdi bu parametrelere göre yaygın akü tiplerine bir göz atalım;
Sulu tip -Kurşun/Asit aküler
Akü tipleri içinde, en eski, en yaygın ve dolayısıyla en ucuz teknolojiye sahip olan, sulu tip, kurşun/asit akülerdir. 19. yüzyılın sonlarında icad edilen sulu tip kurşun/asit aküler, 1970’li yıllara kadar hücrelerinin kapakları açılarak bakım yapılması gereken akülerdi. 1970 lerde, bugün yaygın olarak kullandığımız, kapale veya bakım gerektirmeyen aküler piyasaya sürüldü. Sonuçta bakım gerektiren veya gerektirmeyen tip de olsa bütün kurşun/asit aküler benzer karakteristiklere sahiptir.
Sulu tip Kurşun/Asit aküler, diğer tiplere oranla, daha düşük şarj hızı, enerji yoğunluğu ve döngü ömrüne sahiptir. Ayrıca deşarj derinliği de ortalama %50 düzeyindedir. Teknede aşırı ağırlık ve yer kaplama dezavantajlarının yanısıra, şarj sırasında hidrojen salınımı yaptıkları, ve asit sızdırma olasılıkları olduğu için, aside dayanıklı ve iyi havalandırlan bölmelere yerleştirilmesi gerekmektedir. Düşük hava sıcaklığı da, sulu tip akülerin performansı üzerinde çok etkilidir.
Aylık %5 oranında kendi kendine deşarj hızına sahip olan sulu tip kurşun asit aküler diğer tiplere oranla en yüksek kendi kendine deşarj olan akü tipidir.
Yapısında bulunan kurşun plakalar, sülfürik asit temelli elektrolit ve sızıntıya açık tasarımından dolayı, dikkatli bir şekilde geri dönüşüme tabi tutulmazsa, çevresel zarar potansiyeli de yüksektir.
AGM Aküler
1980’lerin başında özellikle askeri uçak, araç ve yedek güç uygulamalarında yaygınlaşmaya başlayan bir teknoloji olan Absorbent Glass Mat (Asit emdirilmiş cam elyaf), Kurşun/Asit akülere göre birçok avantaj sunmaktadır.
Bu teknolojinin geleneksel sulu tip akülere göre ana farkı, akünün içerisinde bulunan asit temelli elektrolit sıvının, plakalar arasına cam elyafına emdirilmis olarak yerleştirilmesidir. Bu sayede AGM aküler bakım gerektirmeyen, sızıntı yapmayan ve hidrojen salınımını minimuma indiren daha güvenli yapısal özelliklere sahiptir. Ayrıca AGM aküler, Sulu-tip kurşun/Asit akülere göre daha yüksek enerji yoğunluğu, daha uzun döngü ömrü, daha yüksek şarj hızı sağlar.
AGM Aküler, aşırı şarj edildiğinde kullanım ömürleri ciddi anlamda kısalır. Bu sebeple şarj sisteminin doğru seçilmesi ve doğru ayarlanması gerekmektedir.
AGM aküler yapıları gereği daha düşük iç direnç değerine sahiptir ve motor marşı gibi ani ve büyük yüklere daha iyi cevap verir.
AGM teknolojisi ayrıca daha düşük bir kendi kendine deşarj hızı da sağlar. AGM akülerin tipik aylık kendi kendine deşarj hızı %3 seviyesindedir
Bakım gerektirmeyen tasarımı ve sızıntı olasılığının en aza indirgenmiş olması sebebiyle AGM akülerin çevre kirliliği potansiyeli sulu tip akülere göre daha azdır.
Jel Aküler
1970’lerde araştırmacılar, akü içerisindeki elekrolit sıvıyı, kimyasal katkılarla jelleştirmek suretiyle jel aküleri geliştirdiler. Bu akü tasarımı kurşun/asit aküler içerisinde sızıntı olasılığının en aza indirgendiği yapısal özellikleri sunar. Jel hücreler ayrıca geleneksel sulu tip hücrelerde ve AGM’lerde kullanılan sıvı elektrolitlere göre daha düşük donma ve daha yüksek kaynama noktalarına sahiptir, bu da onları ekstrem hava koşullarda kullanıma uygun hale getirir.
Jel tasarımının en büyük dezavantajı, jelin elektrolit içindeki iyonların hızlı hareketini engellemesidir, Bu durum Jel akülerin ani ve büyük yükleri beslemesine engel olur. Bu nedenle jel aküler genelde şebekeden bağımsız ve/veya acil durum sistemleri gibi enerji depolama uygulamalarında kullanılır. Başka bir deyişle, Jel aküler, marş, baş pervane, elektrikli motor gibi ani ve büyük elektrik yüklerini beslemek için kullanılmamalıdır.
Jel akülerin diğer bir avantajı da daha yüksek deşarj derinliği ve döngü ömrü sunmasıdır. Tipik olarak Jel aküler kapasitesinin %75ine kadar deşarj edilebilir ve 1000 şarj döngüsüne kadar verimli çalışabilir.
Lityum Aküler
Şarj edilebilir Lityum metal bataryalar 1990’ların başlarında geliştirilip, öncelikle tüketici elektroniği alanında kullanılmaya başlanmıştır. Geleneksel kurşun/asit akü teknolojisine göre çok fazla avantajlar sunan lityum/metal, teknelerde 2010’ların başlarında kullanılmaya başlanmıştır.
Günümüzde gelinen noktada teknelerde güvenli kullanımı kanıtlanmış olan lityum/metal akü tipi, Lityum-Demir-Fosfat (LiFePO4 veya LFP) akülerdir.
LFP aküler, Kurşun/Asit akülere göre çok daha uzun döngü ömrü (2000+ döngü), yüksek enerji yoğunluğu (200Wh/Kg) ve yüksek deşarj derinliği (%80) sunar. Yüksek enerji yoğunluğu, özellikle alanın kısıtlı olduğu tekne ortamında yer ve ağırlıktan %70 tasarruf sağlar.
Her ne kadar kendi kendine deşarj hızı, AGM akülerle benzerlik gösterse de, LFP akülerin diğer bir özelliği de tamamen şarj edilmeden saklanmasında bir sakınca olmamasıdır.
LFP akülerin şarj hızı da neredeyse Kurşun/Asit akülere göre 3 kat daha fazladır. Kimyasal yapısı ve tasarımı sayesinde de ani ve büyük elektrik yüklerini de sorunsuz bir şekilde karşılayabilirler.
Üretimide kullanılan maddeler itibariyle LFP aküler çok daha düşük çevre kirliliği riskleri oluştururlar.
Öte yandan, LFP aküler aşırı şarj edildiğinde verimli ömürleri ciddi bir şekilde kısalır. LFP akü şarj edilirken uygulanan Voltaj 14.2V üzerine çıkmamalıdır. Bu sebeple yaygın uygulama, LFP akü grupları uygulamalarında BMS (Battery Management System – Akü Yönetim Sistemi) de kurulur. Bazı üreticiler, BMS modülünü LFP akü ile entegre ederep pazara sunmaktadır.
BMS öncelikli olarak, şarj ve deşarj esnasında akü grubunu gözlemleyip, gruptaki tüm hücrelerin dengeli bir şekilde şarj ve deşarj olmasını sağlar.
Temel fonksiyonu akü grubunu korumak olan BMS, akünün durumuna göre, şarj/deşarj anında akü hücrelerine gönderilen akım miktarını ayarlar hatta aküde hasar oluşabilecek durumlar oluştuğunda akımı keserek sistemi korumaya alır. Diğer bir yandan da, akü grubunun şarj durumunu, kalan enerji miktarını kullanıcı için görüntüleyerek, bir nevi yakıt göstergesi görevi de yapar.
Li-Ion vs. LiFePo4
İlk tekne uygulamalarında kullanılan Lityum-İyon akülerin yarattığı ciddi riskler de kısa zamanda kendini göstermiştir. Li-ion akülerde görülen temel problem, termal kaçak (thermal runaway) olarak adlandırılan olgudur. Bir akü birden fazla batarya hücresinin birbirine kombine edilmesiyle oluşturulur. Tek bir Lityum-iyon hücre aşırı şarj edildiğinde ısınır. Belli bir noktada hücrenin şarjı kesilse bile hücre sıcaklığının kendi kendine artmaya devam eder ki – bu olgu, termal kaçak (thermal runaway) olarak adlandırılır. Bir kez başlatıldığında, termal kaçağı durdurmak neredeyse imkansızdır. Akünün kimyasına bağlı olarak, hücre kendiliğinden alev alacak kadar ısınabilir.
Tek bir hücre termal kaçağa girerse, komşu hücreyi aşırı ısıtmaya başlar, bu da bir sonrakini aşırı ısıtır vb. Sonuçta termal kaçak, bütün akü grubunun alev almasıyla, teknede söndürülmesi çok güç bir yangına yol açabilir. Bu nedenle, lityum-iyon aküler için, gelişkin ve kompleks bir şarj sistemi kullanmak gerekse de, olabilecek arızalar sonucu doğacak büyük riskler nedeniyle, kişisel olarak teknelerde lityum-iyon akü kullanımını kesinlikle tavsiye etmiyorum.
Karşılaştırma
Sonuç olarak her teknenin akü sistemi, gerek tasarımı, gerek kullanım şekli gerekse tekne donatanın bütçesi sebebiyle farklılıklar göstermektedir. Haftada 1-2 kez seyir yapan ve seyir süresinin %80’inde yelken kullanan bir yarış teknesinin ihtiyaçları ile, 7/24 teknede yaşanan ve sürekli seyir yapan bir gezi teknesinin ihtiyaçları arasında büyük farklar olacaktır.
Özetle teknenin kendine özgü ihtiyaçlarını ve özellikle de donatanın bütçesini göz önünde bulundurmadan, şu akü teknolojisi en iyisidir demek mümkün değil. Bu yazıyla amaçladığım, farklı teknolojilerin avantaj ve dezavantajlarını açıklamak ve aralarında karşılaştırma yapmayı kolaylaştıracak ip uçları vermekti.
Keyifli ve güvenli seyirler dilerim…
Selametle…
