Pil Nedir, Hava Pili Çeşitleri Nelerdir

Pil, kimyasal enerjinin depolanabilmesi ve elektriksel bir forma dönüştürülebilmesi için kullanılan bir aygıttır. Piller, bir veya daha fazla elektrokimyasal hücre, yakıt hücreleri veya akış hücreleri gibi, elektrokimyasal aygıtlardan oluşur.

Çeşitleri

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

  • Kullanıldıktan sonra atılan (şarj edilmeyen) piller:
    • Çinko-karbon pil – Düşük maliyetli – az enerji gerektiren uygulamalar için.
    • Çinko-klorid – Çinko–karbon pilden biraz daha uzun ömürlüdür.
    • Alkalin pil – Alkaline/manganez “uzun ömürlü” pillerdir , daha fazla güç ihtiyacı gerektiren uygulamalarda da kullanılabilir.
    • Gümüş-oksit pil – Genelde işitme cihazlarında kullanılır.
    • Lityum (Lithium) pil – Genelde dijital kameralarda kullanılır. Saat ve bilgisayar saatlerinde de kullanıldığı görülür.Çok uzun ömürlüdür, fakat pahalıdır.
    • Civa (Mercury) pil – Genelde dijital saatlerde kullanılır.
    • Çinko-hava pil – Genel olarak işitme cihazlarında kullanılır.
    • Isıl (Termal) pil – Yüksek sıcaklık depolar. Askeri uygulamalarda önem taşır.
  • Şarj edilebilen (tekrar kullanılabilen) piller:
    • Kurşun-asit pil – Araçlar, alarm sistemleri ve kesintisiz güç ihtiyacı olan yerlerde kullanılır.
    • Lityum-iyon pil – Oldukça yaygın olan türdür. Yüksek şarj yoğunluğu vardır. Dizüstü bilgisayar, cep telefonları, müzik çalarlar ve daha birçok taşınabilir dijital cihazda kullanılır.
    • Lityum-iyon polimer pil – Lityum iyon pilin temel karakteristiklerini taşır, farkı daha az şarj yoğunluğu olmasıdır. Bu pilin kimyası üreticinin ihtiyacına göre kullanım yeri avantajı yaratabilmesidir. (Örneğin; ultra –ince pil)
    • Sodyum-sülfür (NaS) pil
    • Nikel-demir pil
    • Nikel metal hidrit (Ni-MH) pil
    • Nikel-kadmiyum pil – Li-Ion ve Ni-MH pil tiplerinin tüm uygulamalarında kullanılabilir. Bu pil, uzun şarj adedine sahiptir (1500 defanın üzerinde). Fakat diğer tiplere göre daha az enerji yoğunluğuna sahiptir. Ni-Cd piller eski teknolojide kullanılmakta olup, hafıza sorunlarına yol açmalarından dolayı yerini modern pillere bırakmaktadır. Ayrıca içerdiği kadmiyum dolayısı ile kullanımı sınırlandırılmaktadır.
    • Sodyum-metal klorid pil
    • Nikel–çinko pil
    • Erimiş tuz pili

Pillerin bir araya gelerek oluşturdukları pil gruplarına “Batarya” denmektedir. 1960’lardan önceki lambalı radyo alıcılarında yaygın olarak kullanılmakta idi. Günümüzde ise taşınabilir bilgisayarda yaygın olarak bataryalar kullanılır. Cep telefonlarında ise, yeni çıktıklarında 3 hücreli bataryalar kullanılmakta idi. Ancak şu anda neredeyse tüm telefon modellerinde tek hücreli Lityum iyon piller kullanılıyorsa da, alışkanlık sebebi ile bunlar da hatalı olarak “batarya” diye adlandırılmaktadır.

Çinko-hava pili

Çinko-hava pili, (veya çinko-hava yakıt hücresi), tekrar doldurulamayan piller grubunda olup, çinkonun, havanın oksijeni ile oksidasyonu yoluyla çalışırlar. Yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler ve üretilmeleri ekonomiktir. İşitme cihazlarında ve elektrikli araçlarda kullanılırlar.

Bu yakıt hücrelerinin üzerinde çinko tozunu oksitleyecek havanın gireceği bir delik bulunur. Satın alındığında bu delik bir bant ile kapanmıştır. Bant kaldırıldıktan birkaç dakika sonra hücre elektrik üretmeye başlar ve yaklaşık olarak 1 ay süre ile enerji üretmeye devam eder. Bu hücrelerin ömürleri harcanan elektrikten ziyade üzerlerindeki deliğin açılarak hava girişine izin verlimesi ile ilgilidir. Yani delik açıldıktan sonra hiç kullanılmasa bile 1 ay kadar sonra tükenecektir. Hücreden akım çekmek, ömrünü çok fazla etkilemeyecektir. Zaten istense de çok fazla akım çekilemez, zira derhal iç direnci yükselir.

 

Çinko-hava işitme cihazı pilleri

Cross section diagram with parts lettered

 

Bir çinko-hava düğme pili kesiti.

A:Ayırıcı, B: Toz çinko anot ve elektroliti, C: Anot kılıfı, D: İzolasyon contası, E: Katot kılıfı,F: Hava girişi, G: Katot katalizörü ve akım kollektörü, H: Hava paylaştırıcısı, I: Yarı geçirgen membran

Araçlarda kullanılan türleri şarj edilemese bile, içerisinde oksitlenmiş olan çinko tozu kimyasal / fiziksel yollarla oksitlenmemiş hale getirerek tekrar kullanmak mümkündür. Bu yenileme işlemi “şarj etmek” olarak düşünülebilir.

Piller içerisinde enerji yoğunluğu (enerji/kütle oranı) en yüksek olanıdır. Zira teknik olara bir pil değil, yakıt hücresidir.

Oluşan reaksiyonlar

Anot: Zn + 4OH → Zn(OH)42– + 2e (E0 = –1.25 V)

Elektrolit: Zn(OH)42– → ZnO + H2O + 2OH

Katot: O2 + 2H2O + 4e → 4OH (E0 = 0.4 V)

Toplam: 2Zn + O2 → 2ZnO (E0 = 1.65 V)

Lityum–hava pili

Lityum-hava pilleri ya da lityum-oksijen pil, daha hafif katot ile oksijenin ortamda serbestçe mevcut olması ve pilde depo edilmesine gerek olmaması nedenleriyle daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olabilecek. Bu teknoloji neredeyse bir tank benzin kadar enerjiyi depolama potansiyeline sahip ve lityum-iyon pillerinden 5 ila 10 kez daha fazla bir enerji depolama kapasitesine sahip olacak. Bu durumun lityum-hava pili ile çalışan arabalara şarja ihtiyaç duymadan daha fazla yol gitmesine olanak sağlaması bekleniyor. Araştırmacılara göre lityum iyon pillerinin kilogram başına yaklaşık 585 watt-saat ve lityum-sülfürün teorik olarak 2600 watt-saat elektrik iletim potansiyeli bulunurken, bu rakam lityum-hava pillerinde 5000 watt-saatin oldukça üstüne çıkabilir.

Lityum Hava 1.jpg

Alüminyum pili

Alüminyum piller ya da alüminyum bataryalar genellikle alüminyum-hava pilleri ya da Al-hava pilleri olarak bilinir. Nedeni, elektrik enerjisinin havadaki oksijen ile alüminyumun tepkimesi ile üretilmesidir. En yüksek enerji yoğunluğuna sahip pil türlerindendir; fakat, maliyet, raf ömrü, çalışmaya başlama süresi ve artık ürünlerindeki sorunlar sebebiyle yaygın olarak kullanılmaz. Bu nedenle, ağırlıkla askeri uygulamalarda kullanılırlar.

Bir alüminyum bataryalı elektrikli araba, kurşun asit bataryalı bir diğerine kıyasla araba menzilinde ondan onbeş kata kadar artış sağlayabilir, yanı sıra toplam araç ağırlığını azaltabilir; fakat, sistem karmaşıklığına oranla maliyet artar.

Al-hava birincil pillerdendir, yani şarj edilemez. Ancak, mekanik olarak şarj alüminyum anotun değiştirilebilmesi ile mümkündür.

Elektrokimya

Anot yarıtepkimesi Al + 3OH → Al(OH)3 + 3e + −2.31 V.

Katot yarıtepkimesi O2 + 2H2O + 4e → 4OH + +0.40 V.

Genel tepkime 4Al + 3O2 + 6H2O → 4Al(OH)3 + 2.71 V.

Bu tepkimeler ile yaklaşık 1.2 volt potensiyel fark yaratılabilir; uygulamada ise potasyum hidroksitin elektrolit olarak kullanılması halinde ulaşılabilir. Elektroliti tuzlu su olanlarda hücre başına 0.7 volt mümkündür.

Lityum iyon pil

Lityum iyon pil (Li-ion) bir çeşit yeniden doldurulabilir pil. Çoğunlukla elektronik araçlarda kullanılır. Ağırlıklarına-büyüklüklerine oranla verebildikleri yüksek enerji ile en iyi pil çeşitlerinden biridir ve yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu pillerde hafıza etkisi yoktur ve kullanılmadıkları zamanlardaki enerji kayıpları yavaştır. Uygunsuz kullanılmaları halinde tehlikeli olabilirler. Eğer gerekli önlemler alınmaz ise diğer pil türlerine göre ömürleri daha kısa olabilir. Daha gelişmiş lityum iyon pil tasarımları ise lityum polimer pil (lithium polymer cell) ve lityum titanat pil hücreleridir.

Lityum pil ilk olarak Gilbert N. Lewis tarafından 1912 yılında keşfedilmiştir. İlk yeniden doldurulamayan pil hücreleri ise 1970 lerin ilk yıllarında ortaya çıkmışlardır. Yeniden doldurulabilir lityum iyon pillerin piyasaya sürülebilmeleri yaklaşık 20 yıllık bir çalışmadan sonra mümkün olmuştur. İlk ticari versiyon 1991 yılında John B. Goodnogh yönetimindeki çalışma grubu Sony tarafından bulunmuştur.

Avantajlar

Lityum iyon piller diğer kimyasallarla hazırlanan denklerine oranla sıklıkla çok daha hafiftirler. Bunun sebebi lityum iyon pillerin en üst seviyede doldurulabilme yoğunluklarıdır. Li ion piller küçük ve taşınabilirdir. Li iyon piller için hafıza etkisi sorunu yoktur, dolayısıyla bu pilleri şarj etmek için tam olarak boşalmalarını beklemek gerekmez. Ayrıca yine aynı nedenden dolayı şarjı yarıda kesmek pil için olumsuz bir etki yaratmaz.

Dezavantajlar

Lityum iyon pillerin en belirgin kusuru kullanım ömürlerinin üretim tarihlerinden itibaren başlamasıdır. Üretildiklerinden sonra şarj edilseler de edilmeseler de ömürleri üretim tarihinden itibaren azalmaya başlamaktadır. Ancak bu kusur muhtemel müşterilere (topluma) pek duyurulmaz.

%100 şarj seviyesindeki ve çoğunlukla 25 °C derece sıcaklıkta bulunan tam dolu tipik bir dizüstü bilgisayar pili, geri dönüşü olmayacak şekilde her yıl kapasitesinin %20 sini kaybeder. Bu kapasite kaybı ürünün üretim tarihinden itibaren başlar ve pil hiç kullanılmasa bile devam eder. Değişik depolama/saklama dereceleri değişik pil ömrü kayıplarına yol açmaktadır. 0 °C derecede %6, 25 °C derecede %20 ve 40 °C derecede %35 kayıpla karşılaşılabilir.

Eğer lityum iyon pil %40 dolu olarak depolanırsa/saklanırsa pil kapasitesindeki kayıp değerleri düşer. Bu değerler %40 dolu pilde 0 °C derecede %2’ye, 25 °C derecede %4’e, 40 °C derecede ise %15’e düşer.

Eğer pil %0 a kadar boşaltılırsa bu durum “tam boşaltma” olarak adlandırılır ve bu durum pilin kapasitesini düşürür. Yaklaşık olarak 100 tam boşaltma pilin kapasitesinde %75 ten %80’e kadar bir kapasite kaybına yol açar. Dizüstü bilgisayarlarda ya da cep telefonlarında kullanıldığında bu kayıpların anlamı üç-beş yıllık bir kullanımın ardından pilin kapasitesinin kullanılamayacak kadar düşecek olmasıdır.

Li-iyon piller hafıza etkisinden etkilenmezler ancak nikel metal hidrür ya da nikel kadmiyum piller kadar uzun ömürlü değildirler. Hatalı kullanıldıklarında çok tehlikeli olabilirler. İleri kimya bilgisi ve gelişmiş çalışmalar gerektirdiklerinden çoğunlukla daha pahalıdırlar.

Lityum iyon piller yüksek ısıya ya da doğrudan güneş ışığına maruz bırakılırlarsa kolayca tutuşabilir ya da patlayabilir. Asla sıcak bir havada arabada bırakılmamalıdır.

    Belirli Gün ve Haftalar

  • Şu sıralar belirli bir gün ya da hafta yoktur.

Bu yazıyı değerlendirir misiniz?

Oy vermek için yıldızlara tıklayın!

Ortalama Puan / 5. Oy sayısı:

Yazar: Beyzade

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir