PİLLER VE BATARYALAR

Şuan bu yazıyı okuduğunuz cihazın şarjı % kaç? Peki yakın gelecekte bu soruyu  kıyafetlerinizden otomobillerinize kadar kullanacağınızı söylesek?

Hayatımızı kolaylaştıran teknolojik ürünler çalışmak için elektriğe ihtiyaç duyarlar. Elektrik elde etmenin en basit yolu da pil veya batarya  kullanmaktır. Pil, en basit tanımı ile kimyasal enerjiyi depolayan ve elektrik enerjisine çeviren bir aygıttır. Birden fazla pilin bir araya gelmesine batarya denir.

Bu aygıtın çalışma prensibini  kavrayabilmek için öncelikle kısaca tarihçesine bakalım: İlk pilin Bağdat Pili olduğu tahmin edilmektedir çünkü 1936 yılında arkeolog Wilhelm König Bağdat yakınlarında kilden yapılmış bir çömlek bulur. Bu çömleğin içinde bakırdan bir silindir, silindirin içinde zift benzeri sıkıştırılmış bir madde ve sabitlenmiş demirden bir çubuk vardır.

Pers İmparatorluğu dönemine ait olduğu düşünülen Bağdat Pili

Resimde gördüğünüz çömleğin yaklaşık 2000 yıl önce antik çağda kullanılan ilk pil olan “Bağdat Pili” olduğu iddia edilmektedir.

Elektrik konusu bilimsel olarak ilk defa 17.yy’ da ele alınmış fakat en önemli gelişmeler 19.yy’ da yaşanmıştır. Luigi Galvani (1737–1798) ölü bir kurbağanın bacağını neşterle keserken kasılmalar gözlemlemiş ve canlıları oluşturan hücrelerin elektriksel enerji taşıdığını öne sürmüştür. Alessandro Volta (1745–1827) bu deneylere devam etmiş ve kasılmaların iki farklı metal ile hücrelerin sıvı içermesinden kaynaklandığını keşfetmiştir. Buradan yola çıkarak bakır ve çinko madenlerinin aralarına tuzlu suya batırılmış deriler koyarak elektrik akımı elde etmeyi başarmıştır. Günümüzde bu mucidin soyadı, başarılarına ithafen, elektrik gerilim birimi “Volt” olarak kullanılmaktadır.

Alessandro Volta’ nın bakır çinko pili

Pillerin kimyasal enerji depoladığından ve elektrik enerjisine çevirdiğinden bahsetmiştik, şimdi basit bir pili göz önüne getirerek açıklamaya çalışalım.

Tek kullanımlık çinko karbon pili

Bir pile baktığınızda pozitif (+) ve negatif (-) olmak üzere iki uç olduğunu görürsünüz. Elektronlar pilin negatif (-) ucunda toplanır. Eğer iki uç arasına bir iletken bağlarsanız  elektronlar negatif uçtan pozitif uca doğru akmaya başlayacaktır. Bunu sağlayan kimyasal reaksiyonlardır. Çalıştırmak istediğimiz cihaz da tam olarak iletkenin ortasında kalmalıdır.

Pil Türleri

Piller birçok farklı kategoriye göre sınıflandırılabilir. Buradaki değişkenler kimyasal farklılıkları, şarj edilebilme durumları, kullanım alanları veya kapasiteleri olabilir.

Tek kullanımlık yani şarj edilemeyen pillerde reaksiyonlar tersinmezdir, girdilerin büyük kısmı ürünlere dönüştüğünde daha fazla elektrik üretilemez ve pil biter. En çok bilinen çeşitleri alkalin ve çinko-karbon pillerdir.

1. Çinko karbon pillerin serbest sıvısı olmadığı için genellikle kuru pil veya flaş pili olarak adlandırılır. Çinko anotta yükseltgenme, karbon (grafit) katotta ise indirgenme meydana gelir. Elektrolit, MnO2, ZnCl2, NH4Cl ve karbon siyahi içeren ıslak bir macun kıvamındadır. Maksimum pil potansiyeli 1,55 V dur.

Şarj edilebilir pillerde reaksiyonlar tersinirdir. Pil boşaldığında, hücre dediğimiz yukarıdaki sistemden elektrik geçirdiğimiz taktirde ürünler tekrar girdilere döner ve birkaç yüz kez daha kullanılabilir. En çok bilinen çeşitleri nikel-kadmiyum, nikel-metal hidrit, kurşun asit (akümülatör), lityum polimer (Li-Po) ve lityum iyon (Li-Ion)‘dur.

2. Nikel Kadmiyum pili veya nikad pili genelde elektrikli traş makineleri ve el hesap makineleri gibi kordonsuz elektrikli cihazlarda kullanılır. Bu pildeki anot kadmiyum metalidir, katot ise nikel metali üzerine tutturulmuş Ni(III) bileşiği NiO(OH)’dur. Bu pil 1.4 V’luk oldukça sabit bir voltaj verir.

Nikel kadmiyum piller

3. Kurşun-asit pilindeki tepkenler, anotta bir kurşun ızgara içine sıkıca doldurulmuş kurşun metali, katotta kurşun ızgara içine doldurulmuş kırmızı-kahverengi kurşun (IV) oksit ve kütlece yaklaşık % 35 ‘lik seyreltik sülfürik asittir. Kurşun asit pilleri sıralı altı adet hücre içerir ve otomobillerde kullanılırlar. Katot ve anot, elektrolit görevi gören sülfürik asit çözeltisine daldırılmıştır. Bu pil tam dolu iken iki uç arasında ölçülen değer 2 V’dur.

Akümülatörler

4. Lityum Polimer pillerde elektrot sıvı değil polimerdir. Bu bataryaların enerji yoğunluğu diğerlerine göre çok yüksektir, bu sebeple istenilen her boyuta getirilip telefon, bilgisayar, uzaktan kumandalı aygıtlar gibi küçük cihazlarda veya birden fazla hücrenin birleştirilip batarya haline getirilmesi ile robotik projelerde kullanılabilir. Bu pil normal şartlarda 3.7 V’luk, tam dolu iken 4.2 V’luk gerilim sağlar. En çok tercih edilen batarya halindeki şekli aşağıdaki gibi 3 pilin bağlanması ile elde edilendir.

Lityum Polimer Bataryalar

5. Günümüzde en meşhur pil çeşidi Lityum İyon pillerdir. Bu piller hacimlerine oranla yüksek enerji verimliliği sunarlar. Hafızaları yoktur yani tam bitmese bile şarj edilebilirler, uzun ömürlüdürler. Bu avantajlar ile birlikte birçok alanda kullanılabilir. Bu alanların en başında, son zamanlarda adını sıkça duyduğumuz  elektrikli otomobiller gelmektedir. Bunun yanı sıra cep telefonlarımızı şarj etmekte kullandığımız powerbank cihazları, dizüstü bilgisayar bataryaları, elektronik sigaralar, şarjlı el aletleri ve el fenerleri gibi küçük ve büyük birçok sayıda ve çeşitte cihazda kullanılırlar.

Lityum İyon Bataryalar

6. Yukarıda adını geçirmediğimiz, hemen herkesin bir yerlerde rastladığı ve halk arasında düğme pil olarak bilinen bir diğer pil çeşidi gümüş çinko pildir. Bu pilin şarj edilebilir çeşitleri de mevcuttur. Bu pillerde elektrotlar birbirine oldukça yakındır bu sebeple elektrolit miktarı da oldukça azdır. Boyutuna göre kapasitesi oldukça yüksektir. Aynı boyuttaki kurşun asit hücresinden 6 kat daha fazla enerji sunabilir. Fakat maliyeti de az değildir. Bu sebeple en küçük şekilde yani düğme şeklinde kullanılır. Bu çok küçük piller saatlerde, elektronik hesap makinelerinde, işitme cihazlarında ve fotoğraf makinelerinde kullanılabilir.

Düğme Piller

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir