Batarya Teknolojileri

Piller, elektrik enerjisini elektrokimyasal enerjiye dönüştürerek depolayan ve istendiği anda da depolanan enerjiyi elektrik enerjisi olarak geri verebilen elektrokimyasal enerji depolama sistemleridir. Birden çok pilin birbirlerine bağlanmasıyla meydana gelen sistemlere batarya denir. Piller, bir veya daha fazla elektrokimyasal hücre, yakıt hücreleri veya akış hücreleri gibi, elektrokimyasal aygıtlardan oluşur. Cep telefonu, radyo, dizüstü bilgisayar vb. elektronik cihazlardan, elektrikli araçlara, uydu ve uzay sistemlerinden, haberleşme sistemleri ve savunma sistemlerine kadar oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptirler.

Pil hücresi, metal anot (negatif elektrot), metal oksit katyon (pozitif elektrot) ile iki elektrot arasında kimyasal reaksiyonu sağlayan elektrolitten ibarettir. Anot, elektrolizde aşınırken katotta iyonik değişim reaksiyonu sonucu elektrik akımı meydana gelir. Bu reaksiyon sonucu oluşan elektrik enerjisi çeşitli aletlerde kullanılır.

Piller seri olarak, yani bir pilin pozitif (+) kutbu diğer pilin negatif (-) kutbuna bağlanırsa gerilim arttırılmış, pillerin ömrü sabit tutulmuş olur. Piller paralel olarak, yani pozitif kutuplar kendi arasında, negatif kutuplar da kendi arasında bağlanırsa gerilim sabit tutulmuş, ancak ömür, pil sayısı kadar arttırılmış olur.

Pil Kapasitesi

Bir pilin enerji depolama kapasitesi amper-saat olarak tanımlanır ve A-h ile gösterilir. 1 A-h 3600 coulomba eşittir. Eğer bir pil 1 saat boyunca kesintisiz 1 A veya 1 coulomb/sn. enerji üretebiliyorsa bu pilin kapasitesi 1 A-h’dir. Pilin içinde ne kadar elektrolit ve elektrot varsa pil kapasitesi o kadar fazla olur. Bu yüzden içinde aynı voltajı sağlayan kimyasal reaksiyonlar meydana gelse bile küçük pillerin kapasitesi büyük pillere göre daha azdır. Hücreler içindeki kimyasal reaksiyonlardan dolayı, pillerin bitme süreleri akımın büyüklüğü, akım süresi, sıcaklık ve diğer başka faktörler gibi çevresel etmenlere göre değişebilir.

Pil üreticileri pillerini derecelendirmek için standart bir yöntem kullanmaktadırlar. Pil sabit akım ve sabit zamanda (10 saat 20 saat gibi) her hücre için belirlenmiş voltaja düşürülür. Mesela 100 A-h ‘lık bir pil, 5 A`lık bir akım ve oda sıcaklığında 20 saat dayanmaktadır. Bir pilin verimliliği farklı boşalma hızlarında farklıdır. Düşük hızda boşaltılırken pilin enerjisi yüksek hızdaki boşalmaya göre daha verimli dağıtılır.

Genel olarak piller, kullanıldıktan sonra atılan (Non-rechargeable) ve tekrar şarj edilebilen (Rechargeable) piller olarak ikiye ayrılır.

Pil Çeşitleri

Piller, ıslak veya kuru olarak ikiye ayrılır. Islak hücreli pillerde, elektrolit sıvıdır. Kuru hücreli pillerde elektrolit, pasta, jel veya diğer matrix halde bulunur.

Primer pillerde, reaksiyon hücre içinde gerçekleşir ve reaksiyon tersinmezdir. Primer piller şarj edilemez. Seconder pillerde kimyasal reaksiyonlar tersinirdir. Dıştan bir enerji ile reaksiyon başa döndürülür. Güç , sekonder kaynaktan pile yüklenebilir. Piller çeşitli şekillerde, boyutlarda ve voltajlarda üretilir. Piller dikdörtgen, silindir, düğme ve metal para şekillerinde üretilir.

Kurşun-Asit Piller (Aküler)

Kurşun-asit aküler ıslak piller olarak bilinir. Sembolü Pb’dir. Kurşun asit piller (aküler) otomobillerde, motosikletlerde, botlarda ve çeşitli diğer endüstrilerde, çalışma, aydınlatma ve tutuşturma amacı ile kullanılır.

Kuru Piller

Kuru piller kadmiyum, cıva, nikel, gümüş, kurşun, lityum ve çinko gibi çeşitli metalleri içeren potansiyel tehlikeli arz eden elektroliz hücrelerden ibarettir. Piller ayrıca, pil içindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etmek için başka kimyasal maddelerde içerir. Mesela cıva, primer hücrenin çinko anoduna ilave edilir (alkali ve çinko-karbon pillerde). Böylece korozyon problemi ve potansiyel patlayıcı hidrojen gazının oluşumu engellenmiş olur. Ayrıca, cıva pilin kendiliğinden boşalmasını önler. Diğer pil bileşikleri, grafit, pirinç, plastik, kağıt karton ve çeliktir.

Alkali Piller

Alkali pillerin anodunda yüksek-yüzey alanlı çinko tozu, katodunda ise yüksek kaliteli mangan dioksit (MnO2) bulunmaktadır. Elektroliti pelteleştirmek için bir selüloz türevi kullanılır. Elektrolit, potasyum hidroksittir. Alkali piller, aktif katot maddesi olarak cıva oksit (HgO) veya gümüş oksit (Ag2O) gibi maddeleri de kullanılır.

Çinko Karbon Piller

1870-90’lı yıllarda ilk geliştirilen kuru pildir. Elektrolit, sulu amonyum klorür veya çinko klorürdür. Elektrolite inert bir metal oksit ilave edilerek pelteleşmesi sağlanır.

Çinko Hava Pilleri

Katot olarak atmosferik havadan temiz edilen oksijen gazı (O2) kullanılır.

Gümüş Oksit Piller

Gümüş oksit piller çok az miktarda kullanılır. Bu piller düğme şeklinde çeşitli boyutlarda üretilir. Alkali veya çinko-karbon düğme hücreli pillerden daha fazla sabit voltaj üretirler. Gümüş oksit piller, cıva oksit pillerle içten şarj edilebilirler. İşitme cihazlarında ve saatlerde kullanılmaktadır.

Lityum Piller

Lityum, metaller içinde en düşük redox potansiyeline sahiptir. Çok hafiftir ve toksik madde değildir. Bu sebeplerden dolayı lityum çok geniş alanda kullanımı araştırılmakta ve anot olarak kullanılmaktadır. Lityum hücreler çok uzun ömre sahiptir. Düşük hızda enerji tüketimi gerektiren aletlerde (saatler ve hesap makineleri gibi) küçük silindir veya düğme hücreler halindeki lityum piller kullanılır. Bu aletleri birkaç yıl çalıştırabilir.

www.eie.gov.tr / yeni teknolojiler

Aralık 2012