ABD kökenli Tesla ve Çinli BYD elektrikli araç dünyasının liderlik savaşı verin iki dev markası. Satış adetleri ve modeller sürekli göz önünde. Ancak asıl teknik konu olan pillerin hücre teknolojisine gelindiğinde, kamuoyuna açık ve detaylı teknik veri çok az. Şimdiye kadar hücrenin yapısının, bileşiminin ve hatta kimyasının nasıl farklılaştığı konusunda sadece tahminlerde bulunulabiliyordu. Geçtiğimiz günlerde Almanya RWTH Aachen’dan bir ekip hem Tesla’nın 4680 hücrelerini hem de BYD’nin Blade pilini söktü ve iki pili karşılaştırdı.
Silindirik NMC hücreleri demir bıçaklara karşı
“E-Mobilite Bileşenleri Üretim Mühendisliği” (PEM) kürsüsündeki araştırmacılar, bir dizi ilginç sonuca ulaşmış. Ancak önce, iki hücre tipi arasındaki temel farklılıklara bakmak gerekiyor. Tesla’nın 4680’i, çapı 46 milimetre ve yüksekliği 80 milimetre olan silindirik bir hücredir (nikel-manganez-kobalt kimyası, NMC) – adını da buradan alır. Bu hücre, Tesla’nın Teksas, Kaliforniya ve Şanghay gibi çeşitli fabrikalarında üretiliyor ve başta Model Y olmak üzere çok sayıda Tesla modelinde kullanılıyor.
BYD ise ‘blade batarya’ konusunda bambaşka bir felsefeye dayanıyor. Çinli şirket neredeyse sadece LFP adı verilen pilleri kullanmasıyla tanınıyor. LFP, katot malzemesi lityum demir fosfatı ifade ediyor. Lityum-iyon pillerin bu özel formu nikel, kobalt veya kadmiyum gibi toksik ağır metalleri içermez. BYD, bu bataryayla, tıpkı bıçakları andıracak şekilde dar pil hücrelerini bir araya getiriyor.
İlk sürpriz: Anotlarda silikon yok
Kimyasal analiz, beklentileri doğrudan doğruluyor: Tesla’nın 4680 hücreleri yüksek enerji yoğunluğuna odaklanırken, BYD’nin Blade hücresi için hacim verimliliği ve daha ucuz malzemeler kullanıp maliyetleri düşürmek daha önemli. Üretimde de önemli farklılıklar bulunuyor. Tesla, 4680 hücresinde yalnızca lazer kaynak kullanıyor; BYD ise Blade hücresinde elektrot temas teknolojisi olarak hem lazer hem de ultrasonik kaynak kullanıyor.
RWTH Aachen, üreticinin BYD’den lityum demir fosfat ve Tesla’dan NMC811 hakkındaki bilgilerini doğruladı. Hücre düzeyindeki enerji yoğunlukları BYD için 160 Wh/kg ve 355,26 Wh/l iken Tesla için 241,01 Wh/kg ve 643,3 Wh/l’dir. İlk sürpriz: Her iki hücrede de silisyum dioksit yerine grafit anot kullanılıyor.
Yükleme hızında önemli farklılıklar
Araştırmacılar ayrıca, “son derece yenilikçi” ve “temelden farklı şekilde tasarlanmış” iki pil tipinin, maksimum kapasitelerine kıyasla şarj veya deşarj edilebilme hızlarında önemli farklılıklar gösterdiğini buldular. Çalışmaya göre, BYD’nin bıçak hücresi, elektrot yığınındaki anot ve katotların, ayırıcı kenarlarının lamine edilmesiyle birbirlerine göre ideal bir pozisyonda sabitlendiği özel bir yönteme dayanıyor.
Tesla pili ise elektrotlardaki aktif malzemeleri bir arada tutan yeni bir tür bağlayıcı madde kullanıyor. Ancak pillerin beklenmedik benzerlikleri de bulunuyor. İnce elektrot folyoları, geleneksel ultrasonik kaynak yöntemi yerine, hala alışılmadık olan lazer kaynak yöntemi kullanılarak birleştirilmişti. Ve: “BYD’nin hücresi Tesla’nınkinden çok daha büyük olmasına rağmen, akım toplayıcıları, muhafazalar ve baralar gibi pasif hücre bileşenlerinin oranı benzerlik gösteriyor.
BYD’nin LFP pili Tesla 4680’den daha verimli
Çalışmanın bir diğer sürprizi ise LFP blade bataryasının daha verimli olduğu iddiası. Yapılan araştırmaya göre bunun sebebi daha iyi ısı yönetimi. Hacim başına özgül ısı karşılaştırıldığında, Tesla 4680 hücresi 1 C yükte dağıtılması gereken ısının yaklaşık iki katını üretiyor. Yani tam olarak aynı güce sahip bir aracınız varsa, Tesla 4680 hücrelerinin ihtiyaç duyduğu soğutma, aynı yükte BYD hücresine kıyasla hacim başına yaklaşık iki kat daha fazla ısı dağıtmak zorunda kalacaktır. Bu nedenle, hızlı şarj için bir soğutma stratejisi geliştirmek adına LFP elektrot tasarımı daha uygundur.
Hücrelerin termal verimliliğini karşılaştırmak amacıyla, hücrenin iç DC direnci her iki hücre için %10 şarj durumu (SOC) ve 10 °C, 20 °C ve 40 °C’de karakterize edildi. Tesla 4680’in hücre direnci özellikle düşük sıcaklıklarda yüksek SOC değerlerinde artarken, BYD Blade hücresinin hücre direnci ise yüksek SOC değerlerinde azalıyor. Bu noktada araştırmacılar, nedenlerin belirlenmesi için daha ileri araştırmalar yapılmasını öneriyor.
AYRINTILI TEKNİK RAPOR İÇİN TIKLAYIN