Almanya Federal Malzeme Araştırma ve Test Enstitüsü (BAM), Avrupa Sinkrotron Işınım Tesisi (ESRF) ve Fraunhofer EMI ile birlikte sodyum-iyon bataryaların güvenliğini detaylı şekilde inceleyen bir çalışma yayınladı. Sonuçlar, mevcut batarya güvenlik mekanizmalarının her teknolojiye doğrudan uygulanamayacağını net biçimde ortaya koyuyor. Sodyum-iyon hücreler düşük maliyet ve kaynak avantajları nedeniyle gelecek için büyük potansiyele sahip olsa da, güvenlik tasarımlarının kendi kimyasına özgü şekilde geliştirilmesi gerektiği vurgulanıyor.
BAM, çalışmada üç farklı batarya tipini karşılaştırdı: NFM sodyum-iyon hücreleri, NMC532 katotlu lityum-iyon hücreleri ve LFP hücreler. Tüm bataryalar 18650 silindirik formattaydı. NMC bugün elektrikli otomobillerde yaygın kullanılırken, LFP hem enerji depolamada hem de son yıllarda birçok elektrikli araçta tercih edilen daha güvenli bir kimya olarak öne çıkıyor.
Testlerde bataryaların mekanik hasara nasıl tepki verdiğini görmek için çivi delme yöntemi kullanıldı. Bu yöntem hücrede iç kısa devreye ve potansiyel termal kaçak sürecine yol açarak kritik bir güvenlik senaryosunu simüle ediyor. Fraunhofer EMI’nin geliştirdiği özel test odasında, ESRF’nin yüksek hızlı X-ray görüntüleme sistemi ile hücre içindeki süreçler gerçek zamanlı olarak görüntülendi. Bu, sodyum-iyon hücre davranışının ilk kez bu kadar ayrıntılı incelenmesini sağladı.
LFP ve NMC hücrelerinin davranışı beklendiği gibi gerçekleşti. LFP hücreler oldukça stabil kaldı, NMC532 hücreler ise güvenlik mekanizmalarının doğru çalıştığı kontrollü bir tepki verdi. Ancak sodyum-iyon hücrelerde “neredeyse patlayıcı” olarak tanımlanan ani bir reaksiyon gözlendi. BAM araştırmacıları bu durumu ilk başta şaşırtıcı bulsa da, yüksek hızlı görüntüleme sayesinde gerçek neden ortaya çıkarıldı: Sorun kimyada değil, hücrenin tasarımında bulunan havalandırma sisteminin düzgün çalışmamasıydı.
Normalde hücre içindeki gaz basıncı yükseldiğinde havalandırma sistemi devreye girerek basıncı kontrollü şekilde dışarı atar. Ancak bu testte basınç çok hızlı yükseldiği için güvenlik mekanizmasının diğer parçaları havalandırma açıklığını tıkadı ve ani, kontrolsüz bir reaksiyona yol açtı. BAM, bu durumun sodyum-iyon teknolojisinin kendisinin tehlikeli olduğu anlamına gelmediğinin altını çiziyor; sorun, test edilen hücrenin mekanik güvenlik tasarımından kaynaklanıyor.
BAM Batarya Test Merkezi Başkanı Nils Böttcher, “Güvenlik mekanizmaları bir batarya teknolojisinden diğerine doğrudan kopyalanamaz. Sodyum-iyon gibi yeni kimyalarda özellikle havalandırma gibi mekanik bileşenler özel olarak tasarlanmalı ve test edilmelidir,” diyerek sürecin önemine dikkat çekti. Enstitü, bu sonuçların ardından sodyum-iyon bataryalar için yeni güvenlik standartlarının geliştirilmesinde aktif rol aldığını açıkladı.
Çalışmanın ayrıntılı sonuçları ve yavaş çekim görüntüleri Journal of Power Sources Advances dergisinin 36. sayısında yayınlandı. Bu videolar, sodyum-iyon hücre içindeki bileşenlerin kritik hasar anında nasıl davrandığını net biçimde gösteriyor.
BAM, çalışmada üç farklı batarya tipini karşılaştırdı: NFM sodyum-iyon hücreleri, NMC532 katotlu lityum-iyon hücreleri ve LFP hücreler. Tüm bataryalar 18650 silindirik formattaydı. NMC bugün elektrikli otomobillerde yaygın kullanılırken, LFP hem enerji depolamada hem de son yıllarda birçok elektrikli araçta tercih edilen daha güvenli bir kimya olarak öne çıkıyor.
Testlerde bataryaların mekanik hasara nasıl tepki verdiğini görmek için çivi delme yöntemi kullanıldı. Bu yöntem hücrede iç kısa devreye ve potansiyel termal kaçak sürecine yol açarak kritik bir güvenlik senaryosunu simüle ediyor. Fraunhofer EMI’nin geliştirdiği özel test odasında, ESRF’nin yüksek hızlı X-ray görüntüleme sistemi ile hücre içindeki süreçler gerçek zamanlı olarak görüntülendi. Bu, sodyum-iyon hücre davranışının ilk kez bu kadar ayrıntılı incelenmesini sağladı.
LFP ve NMC hücrelerinin davranışı beklendiği gibi gerçekleşti. LFP hücreler oldukça stabil kaldı, NMC532 hücreler ise güvenlik mekanizmalarının doğru çalıştığı kontrollü bir tepki verdi. Ancak sodyum-iyon hücrelerde “neredeyse patlayıcı” olarak tanımlanan ani bir reaksiyon gözlendi. BAM araştırmacıları bu durumu ilk başta şaşırtıcı bulsa da, yüksek hızlı görüntüleme sayesinde gerçek neden ortaya çıkarıldı: Sorun kimyada değil, hücrenin tasarımında bulunan havalandırma sisteminin düzgün çalışmamasıydı.
Normalde hücre içindeki gaz basıncı yükseldiğinde havalandırma sistemi devreye girerek basıncı kontrollü şekilde dışarı atar. Ancak bu testte basınç çok hızlı yükseldiği için güvenlik mekanizmasının diğer parçaları havalandırma açıklığını tıkadı ve ani, kontrolsüz bir reaksiyona yol açtı. BAM, bu durumun sodyum-iyon teknolojisinin kendisinin tehlikeli olduğu anlamına gelmediğinin altını çiziyor; sorun, test edilen hücrenin mekanik güvenlik tasarımından kaynaklanıyor.
BAM Batarya Test Merkezi Başkanı Nils Böttcher, “Güvenlik mekanizmaları bir batarya teknolojisinden diğerine doğrudan kopyalanamaz. Sodyum-iyon gibi yeni kimyalarda özellikle havalandırma gibi mekanik bileşenler özel olarak tasarlanmalı ve test edilmelidir,” diyerek sürecin önemine dikkat çekti. Enstitü, bu sonuçların ardından sodyum-iyon bataryalar için yeni güvenlik standartlarının geliştirilmesinde aktif rol aldığını açıkladı.
Çalışmanın ayrıntılı sonuçları ve yavaş çekim görüntüleri Journal of Power Sources Advances dergisinin 36. sayısında yayınlandı. Bu videolar, sodyum-iyon hücre içindeki bileşenlerin kritik hasar anında nasıl davrandığını net biçimde gösteriyor.
