Enerji Depolama için Dünyanın İlk Yüksek Güçlü Alüminyum-İyon Batarya Sistemi

Lityum içermeyen batarya teknolojisinde kritik bir eşik aşıldı. Fraunhofer Entegre Sistemler ve Cihaz Teknolojisi Enstitüsü (IISB) liderliğindeki iş birlikçi Ar-Ge projesi INNOBATT, alüminyum-grafit-çift-iyon bataryalara (AGDIB) dayalı tam donanımlı bir batarya sistemi göstericisini (demonstrator) tamamladı. Geliştirilen prototip, yeni hücre kimyasının sadece laboratuvar koşullarında değil, gerçekçi operasyonel senaryolarda da kararlılığını kanıtlıyor.

Teknik Özellikler ve Performans

Yeniden şarj edilebilir alüminyum-iyon batarya; kolayca bulunabilen aktif malzemeler olan alüminyum ve grafiti kullanan, uygun maliyetli ve yanıcı olmayan bir enerji depolama teknolojisi olarak öne çıkıyor. Katot malzemesi olarak doğal grafit kullanıldığında AGDIB hücreleri, 160 Wh/kg enerji yoğunluğuna ve 9 kW/kg'ı aşan güç yoğunluğuna ulaşabiliyor. Yüksek güçlü bir depolama cihazı olarak sistem, hızlı tepki gerektiren uygulamalara olanak tanıyacak şekilde yüksek C oranlarında (C-rates) hızla şarj ve deşarj edilebiliyor.

Fraunhofer IISB verilerine göre tersinir kimya, laboratuvar test hücrelerinde yüzde 100 deşarj derinliğinde (DoD) 10.000'den fazla döngüye, neredeyse yüzde 100 Coulomb verimliliğine ve yüzde 85'in üzerinde enerji verimliliğine imkan tanıyor. Alüminyum-iyon bataryalar için geliştirilen korozyona dayanıklı çok katmanlı kese hücreler (pouch cells), 200 mAh'ye kadar kapasiteye sahip. Hücreler, 6 C yükte 4 katmanlı 200 mAh yapılar için 1.000'den fazla döngüye ve 30 C yükte tek katmanlı 30 mAh yapılar için 7.000'den fazla döngüye ulaşıyor.

Sahip olduğu yeteneklerle alüminyum-iyon bataryalar; sabit ve hibrit mobil uygulamalar, özellikle UPS sistemleri ve sık düşük enerjili mikro döngülerin yüksek enerji yoğunluğundan ziyade yüksek güç talep ettiği dinamik şebeke stabilizasyonu için büyük potansiyel vaat ediyor.

Sistem Entegrasyonu ve Kasım Ayı Gelişmesi

Birçok yeni lityumsuz batarya teknolojisi laboratuvar ölçeğinde kalırken, sistem seviyesindeki göstericiler nadirdir. INNOBATT projesi kapsamında, AGDIB teknolojisinin daha önceki araştırmalarda küçük boyutlu kese hücrelere ölçeklenmesinin ardından, kasım ayı sonlarında tam bir batarya sistemi göstericisi kurulduğunu bildirdi. Geliştirme süreci tüm değer zincirine odaklandı: sürdürülebilir lityumsuz hücre kimyası, kablosuz batarya yönetim sisteminin (BMS) entegrasyonu, çift yönlü kuantum tabanlı akım algılama ve geri dönüştürülebilirlik.

Gerçekçi bir test senaryosunda gösterici, güvenli RF (radyo frekansı) iletişimine sahip açık kaynaklı foxBMS® platformuna dayalı kablosuz bir BMS ile sekiz adet AGDIB kese hücresini entegre ediyor. Aktif malzemeler ve hücre tasarımı; kararlılığı, güvenilirliği ve tekrarlanabilirliği artırmak, ayrıca manuel üretim teknolojisine rağmen uygun hücre eşleşmesini sağlamak için optimize edildi. Batarya modülü, BMS-Master ile kablosuz olarak iletişim kuran bir BMS-Slave ile 4s2p konfigürasyonunda (4 seri, 2 paralel) monte edildi. Elmastaki NV merkezlerine (nitrojen-vakans) dayanan kuantum sensörü, akımları beş büyüklük mertebesinde ölçerek hem küçük hem de büyük dinamik akımları yüksek hassasiyetle yakalıyor.

Sonuçlar ve Geri Dönüşüm

Kurulan yapı, AGDIB kimyasının şebeke stabilizasyonu için yüksek güç yeteneklerini başarıyla doğruluyor. Daha önce hücre seviyesinde gözlemlenen sonuçlar, anlık rezerv uygulamalarını taklit etmek için gerçek frekans verileri kullanılarak modül seviyesinde teyit edildi. Sistem, uzun süreler boyunca 10 C'deki dinamik yüksek akım yükleri altında kararlı performansını korudu ve başarılı hücre üretimi, ara bağlantı ve sistem entegrasyonu yoluyla teknolojinin ölçeklenebilirliğini gösterdi. Birçok geleneksel batarya sisteminin aksine AGDIB, şebekeye sanal atalet sağlama gibi uygulamalar için gereken çok yüksek şarj ve deşarj oranlarını destekliyor.

Geliştirme süreci boyunca geri dönüştürülebilirlik temel bir husus olarak ele alındı. Hücre malzemeleri toksik kimyasallar olmadan fiziksel bir ayırma işlemiyle ayrıştırılabiliyor ve böylece kapalı malzeme döngülerinin kurulması kolaylaşıyor. Modül tasarımı, batarya geri dönüşüm verimliliği için mevcut AB yasal gerekliliklerini aşan ve sürdürülebilir, geleceğe hazır bir enerji depolama sistemini sergileyen bir “geri dönüşüm için tasarım” stratejisini izliyor.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: 

https://www.ess-news.com/2025/12/05/worlds-first-high-power-aluminum-ion-battery-system-for-energy-storage/