Gizli ısıl enerji depolama yöntemi ile lityum-iyon bataryaların ısıl yönetimi için kompozit faz değiştiren malzemelerin geliştirilmesi

Uzun yıllardır birincil enerji kaynağı olarak kullanılan fosil yakıtlar, günümüzde çok büyük çevre kirliliğine neden olmaktadır. Bu kirliliğin en büyük etkisi küresel ısınma olarak karşımıza çıkmakta ve gezegenimize geri dönülmez zararlar vermektedir. Bu çevre kirliliği birçok büyük dünya ülkesi tarafından ciddi bir sorun olarak tanınmakta ve karbon emisyonlarının azaltılması konusunda diğer tüm dünya ülkelerine baskı yapmaktadır. Birçok ülke önümüzdeki 10-20 yıl içerisinde karbon ayak izlerini düşürmek için çalışmalar yürütmektedir. Karbon salınımının azaltılması için en etkili yöntem yenilenebilir enerji kaynaklarının çoğalması ve enerjinin en etkili ve verimli biçimde kullanılmasıdır. Bu bağlamda, dünya genelinde yenilenebilir enerji kaynaklarının kurulu gücü hızla artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşması ile elektrik depolama teknolojilerinin gelişimi ve kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Özellikle karbon salınımının düşürülmesi konusunda fosil kaynaklı araçlar yerine elektrikli araçların kullanımının artması elektrik depolamada kullanılan lityum bataryaların üretiminin artmasına sebep olmuştur. Lityum bataryalar elektik depolama konusunda yüksek kapasite, hızlı şarj, anlık yüksek akım gibi konularda birçok avantaja sahiptir. Ancak lityum bataryaların hassas kimyası, detaylı bir elektriksel ve ısıl yönetim ihtiyacı doğurmaktadır. Lityum bataryalar elektriksel ve ısıl olarak iyi yönetilmediklerinde, kapasite kaybı, pil şarj deşarj çevrim sayısında azalma ve daha ciddi sorun olarak büyük ve söndürülmesi zor yangınlara sebep olmaktadır. Özellikle elektrik ile çalışan araçlarda bu sorunlar hayati risklere sebep olacağından batarya yönetim sistemleri çok daha önemli bir konu haline gelmektedir. Lityum bataryaların elektriksel yönetiminde, Batarya Yönetim Sistemi (BMS) devreleri ve algoritmaları kullanılmaktadır. Bataryaların ısıl yönetiminde ise aktif ve pasif soğutma sistemleri sıkça tercih edilmektedir. Alüminyum, bakır gibi ısı iletimi yüksek malzemeler ve gizli ısı depolama teknikleri, pillerde oluşan ısıyı dağıtması amacı ile pasif sistemler olarak kullanılmaktadır. Su ve hava soğutmalı aktif sistemler veya aktif ve pasif sistemlerin hibrit bir şekilde çalıştığı yöntemler batarya depolama sistemlerinde ısıl yönetimi sağlamak için kullanılan en yaygın yöntemlerdir. Bu çalışmada, elektrikli araçlarda kullanılan batarya paketlerinin, piyasada ticari olarak bulunan lityum hücrelerinden küçük ölçekte seri ve paralel bağlantı şekilleri ile oluşturulması ve ısıl yönetiminin yapılması için faz değiştiren maddelerin kullanılması konusu incelenmiştir. Bu amaçla, parafin esaslı kompozit faz değiştiren malzemelerin hazırlanması ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, elde edilen kompozit FDM'lerin sahip olduğu erime gizli ısıları ve uygun faz geçiş sıcaklıkları temel alındığında lityum iyon bataryaların ısıl yönetim süreçlerinde kullanılabilme potansiyellerinin olduğu değerlendirilmiştir.