Pil çeşitleri ve özellikleri

Pil, bir devre içinde elektron akışını oluşturmak için kimyasal reaksiyonlara giren bir veya daha fazla hücre topluluğudur. Pil teknolojisinde çok fazla araştırma ve ilerleme olmakta ve sonuç olarak şu anda dünya çapında çığır açan teknolojiler deneyimlenmekte ve kullanılmaktadır. Üretilen elektrik enerjisini depolama ihtiyacı nedeniyle çok farklı çeşitlerde piller geliştirilmiştir ve bu pillerin farklı kullanım alanları bulunmaktadır.

Pil çeşitleri ve özellikleri

Piller farklı şekillerde, boyutlarda, voltajlarda ve kapasitelerde (depolanan şarj veya enerji miktarlarında) üretilirler. Her türlü farklı kimyasal elektrolit ve elektrot ile yapılabilmesine rağmen, pil türleri primer piller ve sekonder piller olarak ikiye ayrılır:

Primer piller

Şarj edilemeyen ve atılabilir pillerdir. İçlerinde sıvı olmadığından genellikle kuru pil olarak da adlandırılırlar.

Çinko karbon piller

El feneri gibi şeyler için aldığınız en ucuz, sıradan, günlük pillerdir. Tek kullanımlık çinko-karbon piller 1865 yılında Fransız mühendis Georges Leclanché tarafından icat edilmişlerdir. Bu yüzden bazen “Leclanché hücreleri” olarak da adlandırılırlar. Ucuzdurlar fakat çok fazla enerji depolamazlar ve uzun süre dayanmazlar.

“Çinko-karbon” esasen bataryanın nasıl yapıldığının bir açıklamasıdır: pozitif elektrot toz haline getirilmiş karbon ve manganez oksit ile çevrili bir karbon çubuktan yapılır. Negatif elektrot (dış kasa) bir çinko alaşımdır ve elektrolit, bir amonyum klorür macunudur. Bir çinko-karbon batarya bir devreye bağlandığında, iki elektrotta farklı reaksiyonlar meydana gelir. Negatif elektrotta çinko, çinko iyonlarına ve elektronlara dönüştürülür. Devreye güç sağlar. Pozitif elektrotta, manganez oksit manganez okside ve amonyağa dönüşür.

Alkalin piller

Alkalin piller çinko karbon piller ile aynı yapıda görünür, ancak daha fazla enerji depolarlar ve daha uzun süre dayanırlar. Bu da onları çok güvenilir bir güç kaynağı yapar. Çinko karbonlara göre daha pahalıdırlar. Her ne kadar çinko karbon ile tamamen aynı görünseler de, içerisinde farklı kimyasallar kullanılır ve içinde farklı reaksiyonlar olur. Pozitif elektrot manganez oksitten, negatif elektrot çinkodan yapılır. Elektrolit konsantre bir alkalin çözeltisidir (potasyum hidroksit). Güç iki kimyasal reaksiyonla üretilir. Pozitif elektrotta, manganez oksit, manganez oksit ve hidroksil iyonlarına dönüştürülür. Negatif elektrotta, çinko devreye güç veren elektronları serbest bırakmak için hidroksil iyonlarıyla reaksiyona girer.

Düğme piller

Birçok düğme pil (kuvars saatler ve işitme cihazları gibi yerlerde yaygın olarak kullanılır), normal alkalilerle aynı şekilde çalışır; bazıları ise lityum ve organik elektrolitler kullanır ve farklı kimyasal reaksiyonlarla çalışırlar. Bir düğme hücresine yakından baktığınızda, üst orta bölümün çinko veya lityumdan yapılmış negatif elektrodu oluşturduğunu göreceksiniz. Dış kasa ve taban, tipik olarak manganez oksit, gümüş oksit veya bakır oksitten yapılan pozitif elektrotu oluşturur.

Sekonder piller

Şarj edilebilen pillerdir. Normal akış yönünün tersi yönde bir akım geçirilerek yeniden şarj edilebilirler. Örneğin cep telefonunuzu şarj ederken pili aslında tersten çalıştırıyorsunuzdur.

Kurşun asit piller

Yani arabalarınızda olan aküler… Kurşun asitli aküler, 19. yüzyılın ortasından beri kullanılmaktadır. Toplamda 12 volt değerinde, her biri 2 volt üreten altı ayrı hücreye sahiptirler. İndirgenmiş her bir hücrede, bir “süngerimsi” kurşun metal elektrot (negatif), kurşun dioksit elektrot (pozitif) ve bir sülfürik asit elektroliti bulunur. Akü boşaldıkça, her iki elektrot kurşun sülfat ile kaplanır ve sülfürik asit büyük ölçüde suya dönüştürülürken elektronlar güç sağlamak için dış devre etrafından akar. Kurşun asitli aküler, arabaları bir el krankı yardımı olmadan çalıştırmayı mümkün kılmıştır. Normalde yeniden şarj etmeniz gerekmez; çünkü otomobiliniz bunu otomatik olarak yapar. Otomobilin motorunun çalışmasına yardımcı olmak için akü boşalır ve motor, alternatör adı verilen bir cihaz üzerinden elektrik enerjisi üretmeye başladığında şarj olur. Dezavantajları gelince, kurşun-asit bataryalar nispeten büyüktür, oldukça ağırdır.

Nikel kadminyum piller

Oyuncaklar, el fenerleri ve elektrikli el aletleri gibi şeylerde tek kullanımlık 1,5 voltluk pillerin yerine kullanılırlar. Tek farkları şarj edilebilir olmalarıdır. Çok güvenilir olmasına rağmen, NiCd pillerin şarj edilmeden önce tamamen boşaltılması gerekmektedir. Aksi takdirde depolayacakları şarj miktarı ve etkin kullanım ömrü büyük ölçüde azalabilir. NiCd pillerle ilgili diğer bir problem ise içerdikleri toksik kadmiyum metaldir. Çöpe atıldıklarında, kadmiyum toprağa sızabilir ve yakındaki su yollarını kirletebilir.

Nikel-metal-hidrit (NiMH)

Nikel metal hidrit piller benzer şekilde çalışır, ancak “hafıza etkisi” denilen durumdan daha az etkilenir. 1990’larda, kısmen kadmiyumun çevresel etkileri nedeniyle Nikel kadminyum pillere bir alternatif haline gelmişlerdi. NiMH piller daha hızlı bir şarj ile doldurulmuş olan cep telefonları gibi aygıtlarda daha etkili çalışır.

Lityum iyon piller

Lityum-iyon piller günümüzde en hızlı büyüyen şarj edilebilir tipte pillerdir. Cep telefonunuzda, MP3 çalarınızda ve dizüstü bilgisayarınızda muhtemelen lityum-iyon bataryalar vardır. Lityum kolayca iyon oluşturan hafif bir metaldir, bu yüzden pil yapmak için mükemmeldir. En yeni lityum-iyon piller, geleneksel Nikel kadminyuma oranla yaklaşık iki katı kadar enerji depolayabilir, daha yüksek voltajlarda çalışabilir ve daha çevre dostu olabilirler. Ancak uzun süre dayanmazlar. Buna rağmen, yüzlerce kez şarj edilip boşaltılabilirler, bu nedenle elektronik cihazlarda kullanım için mükemmeldirler.

Bir cep telefonunu veya dizüstü bilgisayarı güç kaynağına taktığınızda, içindeki lityum-iyon pil kimyasal aktivite ile dolmaya başlar. Pilin işi mümkün olduğunca çabuk ve fazla elektrik depolamaktır. Bunu, bataryanın bir kısmından diğerine lityum iyonlarını (elektronu pozitif olarak yüklenmek üzere kaybetmiş lityum atomları) örten kimyasal bir reaksiyonla yapar. Gücü prizden çıkardığınızda ve dizüstü bilgisayarınızı ya da telefonunuzu kullandığınızda, batarya ters mantıkta hareket eder. İyonlar ters yönde hareket eder ve batarya yavaş yavaş şarjını kaybeder.