Akü Bileşenlerinin Akü Performansına Etkilerinin İncelenmesi

Yıl 2023, Cilt: 11 Sayı: 4, 1261 - 1270, 28.12.2023

İbrahim Ülke , Muhammed Ferhat Öztürk , Mustafa Yurdakul , Yusuf Tansel İç

https://doi.org/10.29109/gujsc.1362083

Öz

Kurşun asit akülerde çevrim ömrü ızgara kalınlığı, ızgara malzemesi, plaka hamur kimyasalı gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişmektedir. Bu faktörlerin akü performansına olan etkileri önemli bir araştırma konusudur. Bu çalışmada plaka yapısında sülyen ve/veya kostikli asit kullanımının, tanecik yapısının, plaka kalınlığının, ızgara yapısında kullanılan antimuanın ve kalsiyumun etkileri açıklanmaya çalışılmıştır. Birçok değişkenin etkisinin incelendiği bu makalede çok ölçütlü karar verme yöntemi olan MOORA yöntemi kullanılarak kurşun asit akü bileşenlerinde yapılacak değişikliklerle akü performansının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışma sonuçları daha yüksek oranlı 4BS tanecikli iç yapıya sahip plakaların 3BS tanecik yoğunluklu iç yapıya sahip plakalara kıyasla akü performansında artış sağladığını göstermiştir. Ayrıca ızgara yapısında katkı maddesi olarak Kalsiyum (Ca) yerine Antimuan (Sb) kullanımının kurşun asit akülerin iç direncinde düşüşe sebep olduğu ve bu sayede çevrim ömrünün artmasını sağladığı belirlenmiştir. Çalışma sonunda en iyi performans değerlerini veren kombinasyonun iç yapı analizleri yapılmış ve geleneksel kurşun asit akülerle kıyaslanmış, iç yapıda yapılacak değişiklikler ile akü iç direncinin azaltılabileceği ortaya konulmuştur. En iyilenen gruba ait SEM analizlerinde 3BS faz içeriğinin ağırlıkça %53 olduğu ve bazik sülfat taneciklerine ait boyut dağılımının 0,6 µm ile 2,27 µm aralığında bulunduğu tespit edilmiştir. Başlangıç grubuna ve en iyi sonuçları veren gruba ait çevrim test sonuçlarına göre 105 Ah değerinde %11,3, 150 Ah değerinde %12,3 ve 180 Ah değerinde %5,4 oranında bir iyileştirme elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Deney Tasarımı, Enerji, Üretim Teknolojileri, MOORA

Akü Bileşenlerinin Akü Performansına Etkilerinin İncelenmesi

Öz

Günümüzde birçok akü çeşidi arasından en yaygın kullanılanı kurşun-asit akülerdir. Kurşun-asit akülerin önceden belirli olan DoD seviyesinde önce deşarj ardından şarj edilmesine çevrim adı verilir. Akü Ah olarak ifade edilen kapasitesini %80 seviyesinde koruyarak kaç kez defa şarj veya deşarj çevrimine girebiliyorsa bu sonuç akünün çevrim ömrü çevrim sayısına eşit olur. Çevrim ömrü, ızgara kalınlığına, ızgara malzemesine, plaka hamur kimyasalına, akü sıcaklığına bağlıdır. Kapasite ise, plakaların yüzey alanlarına, iç dirence, plaka sayılarına ve kullanılan seperatörlerin geçirgenliklerine bağlıdır. Bu çalışmada akünün bileşenlerinin seviyelerini değiştirerek akü performansının iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaçla bir çok ölçütlü karar verme yöntemi olan MOORA yöntemi kullanılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Deney Tasarımı, Enerji, Üretim Teknolojileri, MOORA

Kaynakça

• [1] Cho, J., Jeong, S., & Kim, Y. Commercial and research battery technologies for electrical energy storage applications. Progress in Energy and Combustion Science. 2015; 48, 84-101.
• [2] Jafari, H., & Rahimpour, M. R. Pb acid batteries. Rechargeable Batteries: History, Progress, and Applications. 2020; 17-39.
• [3] Czerwiński, A., Wróbel, J., Lach, J., Wróbel, K., & Podsadni, P. The charging-discharging behavior of the lead-acid cell with electrodes based on carbon matrix. Journal of Solid State Electrochemistry. 2018; 22: 2703-2714.
• [4] Akar, A. Oomobiller için yenilikçi bir akü koruma cihazı tasarımı, Yüksek Lisans tezi, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, 2020.
• [5] Liu, D., Lin, N., Zhang, W., Wang, Y., You, Q., Liu, Z., ... & Lin, H. Development of titanium-based positive grids for lead acid batteries with enhanced lightweight, corrosion resistance and lifetime. Journal of Energy Storage. 2023; 73:108880.
• [6] Yang, T., Qian, S., Luo, Y., Wang, X., & Wang, Z. Direct re-usability of lead-plated tin bronze as negative plate for lightweight lead-acid battery. Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage. 2021; 18(3): 030906.
• [7] Zhang, Y., Zhou, C. G., Yan, X. H., Gao, H. L., Gao, K. Z., & Cao, Y. Synthesis of Nafion-reduced graphene oxide/polyaniline as novel positive electrode additives for high performance lead-acid batteries. Electrochimica Acta. 2023;466: 143045.
• [8] Chen, Z., Cao, J., Rao, Y., An, L., Yang, Y., Zhou, S., & Wu, L. Monosodium glutamate as an effective electrolyte additive in lead acid battery. Electrochimica Acta. 2023; 458: 142492.
• [9] Romero, A. F., Tomey, R., Ocón, P., Valenciano, J., & Fricke, H. Improvement of positive plate grid corrosion resistance through two methods of boric acid addition to lead-acid battery electrolyte. Journal of Energy Storage 2023; 72: 108302.
• [10] Yanamandra, K., Pinisetty, D., & Gupta, N. Impact of carbon additives on lead-acid battery electrodes: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2023; 173: 113078.
• [11] Chen, Z., Li, J., Yu, J., Wu, L., Zhou, S., Rao, Y., & Cao, J. The critical role of aluminum sulfate as electrolyte additive on the electrochemical performance of lead-acid battery. Electrochimica Acta. 2022; 407:, 139877.
• [12] Göçmen, S. Numerical and experimental investigations of an air-cooled battery thermal management system, Yüksek Lisans tezi, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, 2021.
• [13] Celen, A., Kaba, M. Y. Elektrikli Araçlarda Kullanılan Silindirik Lityum İyon Bataryaların Soğutulmasının Parametrik İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021; 33(1): 49-61.
• [14] Çetin, İ., Sezici, E., Karabulut, M., Avci, E., & Polat, F. A comprehensive review of battery thermal management systems for electric vehicles. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2023; 237(3): 989-1004.
• [15] Wu, Y., Liu, Z., Liu, J., Xiao, H., Liu, R., & Zhang, L. Optimal battery capacity of grid-connected PV-battery systems considering battery degradation. Renewable Energy. 2022; 181: 10-23.
• [16] Chen, K., Wu, W., Yuan, F., Chen, L., & Wang, S. Cooling efficiency improvement of air-cooled battery thermal management system through designing the flow pattern. Energy. 2019; 167: 781-790.
• [17] Sezici, E., Cetin, I., & Polat, F. Design and Experimental Investigation of Air-Cooled Battery Thermal Management System for Electric Vehicles. Journal of Engineering Research and Applied Science. 2022; 11(2): 2062-2077.
• [18] Ye, B., Rubel, M. R. H., & Li, H. Design and optimization of cooling plate for battery module of an electric vehicle. Applied sciences. 2019; 9(4): 754.
• [19] Dong, S., Lv, J., Wang, K., Li, W., & Tian, Y. Design and optimization for a new locomotive power battery box. Sustainability. 2022; 14(19): 12810.
• [20] Akinlabi, A. H., & Solyali, D. Configuration, design, and optimization of air-cooled battery thermal management system for electric vehicles: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020; 125: 109815.
• [21] Tajik, M., Makui, A., & Tosarkani, B. M. Sustainable cathode material selection in lithium-ion batteries using a novel hybrid multi-criteria decision-making. Journal of Energy Storage. 2023; 66:, 107089.
• [22] Brauers, W. K. M., E. K. Zavadskas, Z. Turskis, and T. Vilutiene. Multi Objective Contractor’s Ranking by Applying the Moora Method. Journal of Business Economics and Management. 2008; 9 (4): 245–255.
• [23] İç, Y. T., and S. Yıldırım. Improvement of a Product Design Using Multi Criteria Decision Making Methods with Taguchi Method.” Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University. 2012; 27 (2): 447–458.