Aküyü Kim Buldu: Modern taşıtların son yirmi yılda dramatik bir değişime uğrayan bileşenlerinden biri de otomotiv aküsüdür. Araç akülerinin son 12 yılda, önceki 60 yıla göre çok fazla değiştiğini sık sık söyleriz. Özellikle son dönemlerde ortaya çıkan elektrikli otomobiller ile batarya teknolojileri akıl almaz seviyeye gelmiştir. Bunu göz önünde bulundurarak, otomotiv aküsünün tarihine bakmak ve bataryaların (pillerin) gelecekte hangi seviyelere çıkabileceğiyle ilgili bilgilendirme yapalım dedik.
Tarihte Aküler ve Piller
Bazı bilim adamları, pil benzeri bir cihazın MÖ 200’lü yıllarda şimdiki Bağdat bölgesini yöneten eski Partlar tarafından kullanıldığına dair iddialarda bulunmaktadır. İşçiler, 1930’larda Bağdat‘ta demiryolu hatlarını kazarken, ayrıntılı inceleme sonucunda pillere benzediği anlaşılan 13 cm uzunluğunda kil kavanozlar bulmuşlardır. Bu kavanozlar, bir pozitif terminal (demir çubuk) ve bir negatif terminal (bir bakır silindir) barındırmaktaydı. Bunun yanında, pilin çalışması için gerekli kimyasal reaksiyona izin veren elektrolit olarak sirke benzeri bir çözeltinin kullanıldığı da gözlemlenmiştir. Bazı uzmanlar, bu çömlek cihazlarının net olarak pil olduğu konusunda hemfikir değillerdir. Aynı zamanda ne için kullanıldıklarını hâlâ çözümleyememişlerdir.
İlk Kurşun Asit Aküyü Kim Buldu?
1700’lerin başlarında pili geliştirme konusunda adımlar atılırken, pilin evrimindeki en önemli hamlelerden biri, 1800’de pil geliştirmede ilerlemeyi teşvik eden ve birkaç önemli keşif yapan Alessandro Volta ile geldi. İlk olarak, belirli sıvıların iletken olarak kullanıldıklarında sürekli bir elektrik gücü akışı oluşturduğunu belirledi. Ayrıca, farklı metallerin elektronları farklı oranlarda (gerilim potansiyeli) alıp serbest bıraktığını da çözümledi. Sonunda, bu hücreleri üst üste istifleyerek toplam voltajı artırabileceğini keşfetti.
Bu ve diğer keşifler, 1802’de William Cruickshank tarafından ilk seri üretim pilin tasarımıyla sonuçlandı. Bu buluş, aynı zamanda sonrasında geliştirilecek pil ve akü benzeri cihazların ilerlemesini de teşvik etmiştir. Cruickshank, çinko ve bakır levhaları sızdırmaz bir ahşap kutuya yerleştirdi. Aynı zamanda bunları bir tuzlu su elektrolitine daldırdı. Onun bu girişimi sayesinde diğer piller de sonraki yıllarda gelişti. Ancak hepsinin ortak bir ikilemi vardı: Hepsi tek kullanımlık pillerdi ve yeniden şarj edilemiyorlardı.
1859’da Gaston Planté adlı Fransız fizikçi, ilk kurşun asitli aküyü geliştirerek tek kullanımlık ikilemi çözdü. Bu akü, genellikle günümüz araç marş akülerinin çoğu için kullanılan konseptle aynıydı. Planté’nin tasarımında kurşundan yapılan bir anot (negatif elektrot) ve kurşun dioksitten yapılan bir katot (pozitif elektrot) kullanılmıştır. Her iki elektrot için tek bir elektrolit kullanan ilk pil onunkiydi. Ancak en büyük buluşu, tasarımının doğal kimyasal reaksiyonu tersine çevirerek pilin yeniden şarj edilmesini sağlamasıydı. Tasarımı, kısa güç dağıtım süresi gibi bazı eksikliklere sahip olsa da, pil evriminde büyük bir adım oldu. Günümüz otomotiv pillerinin de öncüsüydü. 1881’de Fransız kimya mühendisi Camille Alphonse Faure, pil için daha iyi bir yapı oluşturarak Planté‘nin konseptini geliştirdi. Planté‘nin sarmal tasarımından farklı olarak Faure, içine bir kurşun oksit macunun preslenerek bir plaka oluşturduğu bir kurşun ızgara kafes geliştirdi. Bu tasarım, büyük güç potansiyeli için birden fazla plakanın birleştirilmesini sağladı. Bunun yanında seri üretimi çok daha kolaylaştırdı.
Akülerin Teknolojik Gelişimi
Planté‘nin 1859’daki orijinal tasarımlarından yüzyılın başına kadar pil gelişiminde önemli ilerlemeler kaydedilmesine rağmen, erken araç sistemlerinde kurşun-asit piller kullanılamıyordu. Bunun nedeni, bu araçların çoğunun çalışır durumdayken elektrik talebinin olmamasıydı. Başka bir deyişle, krank sistemi gibi bir tür mekanik işlem kullanmaya başlamasıydı. Sonuç olarak, bu araçlarda elektrik kapasitesinin depolanabilmesi için acil bir ihtiyaca gerek yoktu.
Elektrikli marş, manzarayı değiştiren ve araçta depolanmış elektrik kapasitesi ihtiyacını artıran gelişmeydi. ABD’de elektrikli marş ile donatılmış ilk araç 1912 Cadillac’tı. Kendi kendine marş, Cadillac’ta Henry M. Leland ve Charles Kettering tarafından geliştirilmiştir. Sonrasında ise General Motors tarafından satın alınmıştır.
Onlu yılların ortalarında, otomobillerde kullanılan pek çok çalıştırma mekanizması vardı. Ancak 1920’de çoğu yeni araç elektrikli marşlarla donatıldı. Bu değişiklik, araç mimarisinde güvenilir bir güç kaynağına olan ihtiyacı hızla artırdı. Bununla birlikte kurşun asitli aküyü otomotiv endüstrisinin temel bir bileşeni haline getirdi. 1918’de Hudson Motor Car Company, BCI (Uluslararası Pil Konseyi) spesifikasyonlarına göre standart bir pil boyutunu kullanan ilk şirket oldu. BCI pil grubu boyutları günümüzde hala kullanılmaktadır.
Bu dönemde ve 1950’lere kadar araç marş aküleri ve elektrik sistemleri 6V sistemlerdi. 1950’lerde, daha büyük arabalar ve daha büyük motorlar, 12V sistemlerine geçiş yapmışlardır.
Modern Çağ – AGM Aküleri
Araç teknolojilerinin değişimi, aküde de benzeri değişimlerin yapılmasını zorunlu kıldı. 1990’larda ve 2000’lerde hem kabin içi kolaylıkların artması hem de sürekli büyüyen elektrik sistemi nedeniyle araçlarda elektrik talebi yükselmiştir. Bu ve diğer sebeplerle kurşun asitli akünün sistem ihtiyaçlarını karşılama açısından sınıra ulaştığı görülmüştür. Bu gelişmeler, yeni akü çeşitlerine olan ihtiyacı doğurdu.
Günümüz araçlarının değişen güç ihtiyaçlarını karşılayacak sistem, AGM akülerinin benimsenmesi olmuştur. AGM (Absorbed Glass Mat) piller 1980’li yılların ortalarında ilk olarak askeri araçlarda kullanılmaya başlandı. Bu Valf Ayarlı Kurşun Asit (VRLA) aküler, araç sistemi tasarımına birçok fayda sağladı. Birincisi, tipik olarak geleneksel sulu pillere göre çok daha düşük iç dirence sahiptiler. Bu da tipik şarj/deşarj döngüsünde aküyü daha az ısındıracağı anlamına gelmekteydi. Ayrıca, AGM aküleri, geleneksel sulu akülerden daha fazla boşalabiliyorlardı. Modern araçların artan elektrik talepleri, alternatör çıkışı maksimuma çıktığında akünün tepe yükleri karşılaması gerektiği anlamına geldiğinden, kritik bir avantaja sebep oluyordu. Son olarak, AGM aküler yapıları gereği geleneksel sulu akülere göre titreşime daha dayanıklıdırlar. Aynı zamanda sızdırmaz oldukları ve dökülme yapmadıkları için her yerde saklanabilirler ve çalıştırılabilirlerdi.
AGM akülerinin popülaritesini artıran önemli hadiselerden biri de, araç tamamen durduğunda motoru kapatan ve sürücünün ayağını frenden çektiğinde hemen yeniden çalıştıran Start-Stop motor sistemiyle uyumlu olmalarıydı. Üreticilerin yakıt verimliliğini artırmasına olanak tanıyan bu sistemler, tipik olarak bir veya daha fazla AGM pili kullanılarak kurulurlar. Bu tür sistemlerde bulunan aküler, standart AGM aküleri, özel Start-Stop AGM aküleri veya ikisinin bir kombinasyonu olarak tanımlanmaktadırlar.
Lityum ve EV Tipi Lityumlar
Birkaç OE üreticisi, Lityum pillerini; marş pilleri ve Start-Stop sistemleri içindeki bileşenler olarak geleneksel tasarımlara dahil etmeye başladı. Lityum piller çok yoğun enerjiye sahiptir. Aynı zamanda küçük, hafif bir pakette yüksek miktarda güç (başlangıç gücü veya yedek güç) sağlayabilirler. Günümüzde de sürekli geliştirilerek yeni batarya tercihlerinden birisi haline gelmişlerdir. Ancak lityum pil teknolojisinin de, hızla gelişen teknolojik ortamda, hidrojen yakıt hücreleri üzerine akü üretmeye çalışan güçlü rakipleri vardır. Özellikle önümüzdeki 15 yılda bu rekabet ve yeni geliştirecek sistemler, kafamızı hayli kurcalayacağa benziyor.
