Pil Çeşitleri Nelerdir?

Taşınabilir, enerji kaynakları elektrik icat edilmeden önce bir hayal olarak görülebilirdi. Fakat uzun zaman boyunca taşınabilir enerji kaynağı olarak buhar ya da yakıt kullanılabiliyordu. Pilin, icat edilmesinden sonra hayat her zamankinden daha kolay hale geldi. Günümüzde herkes günlük işlerini kolaylaştırmak için taşınabilir enerji ve makineleri arıyor. Bu durumda, piller enerji ihtiyacını karşılıyor. Taşınabilir güç üretme fikri, yeni bir şey değildir . Dönem dönem insanlar çeşitli kaynaklar kullandı. Sadece bir düğmeye basabilir ve karanlık odayı bir saniyede veya daha da az aydınlatabilirsiniz.

Piyasada bir faz pil bulunmaktadır. Tüm bu piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürme prensibiyle çalışır. Bu yazıda, farklı pil türleri, çalışma ve kullanımları hakkında bilmeniz gereken şeyleri paylaşacağım.

Pillerin Tarihçesi

1800 yılında Volta, iletken olarak kullanıldığı belirli sıvının sürekli elektrik gücü üretebileceğini keşfetti.  Bu keşif pil denilen ilk voltaik hücreye yol açtı.  Volta’anın pil icadı, pil deneylerinde yeni bir çağ başlattı.  Ve bilim insanları pil yapmak için çeşitli deneyler yaptı.  Ancak bunlardan çok azı bir sonuca ulaşmayı başardı.  Volta ve Daniel, sırasıyla Voltaic ve Daniel olarak bilinen iki bilim adamının pil hücresiydi.

Voltaik Hücre: Voltaik bir hücre, elektrik enerjisi üretmek için kimyasal reaksiyon kullanır. Bir anot ve katot birbirine zıt yapılıdır. Anotta oksidasyon meydana gelir ve indirgeme katotta gerçekleşir. Devrenin tamamlanması için bir tuz köprüsü oluşturulur. Yükseltgenme ve indirgeme meydana gelir ve elektron oluşur. Elektron akışını yürütmek için harici bir devre kullanılır.

Daniel Cell: Voltaik hücrenin icadından sonra, Daniel hücresi elektrik kaynağı olarak popüler oldu. Bu hücre tipinde, bir kap iki bölmeye ayrılmıştır. İki bölmeden birinde, Çinko elektrolit bir Çinko sülfat çözeltisine daldırıldı. Diğer bölmeye, bir bakır sülfat çözeltisi içindeki bir bakır elektrot batırılmıştır. Hücre, Çinko veya Bakır sülfat bitene kadar akım üretiyor ve iletiyordu.

1859’da Gaston Plante tarafından tasarlanan kurşun asit batarya, bataryanın şarj edilebilir özelliği nedeniyle popüler oldu. Bataryanın basit tasarımı, akımın bataryaya geri akışını tersine çevirerek yeniden şarj edilmesine izin verdi. Bu batarya hala araba aküsü, olarak kullanılmaktadır.

Akünün Genel Yapısı

Bir pil katot, anot ve ayırıcıdan oluşur. Akünün negatif katmana anot, pozitif katmana katot denilir.  Aküye bir yük bağlandığında akım anottan katoda akmaya başlar. Benzer şekilde, akü şarj cihazını bağladığımızda akım ters yönde akmaya başlar, yani anottan katot.

Her pil oksidasyon-indirgeme reaksiyonu adı verilen kimyasal bir reaksiyon üzerinde çalışır. Reaksiyon, ayırıcı (elektrolit) yoluyla katot ve anot arasında gerçekleşir.

Sonuç olarak, bir elektrot oksidasyon reaksiyonu nedeniyle negatif yüklenir. Ve bu negatif yüklü elektroda katot denir. İkinci elektrot, ayrıca anot olarak adlandırılan indirgeme reaksiyonu nedeniyle pozitif olarak yüklenir. İki farklı metal türü aynı elektrolit çözeltisine daldırıldığında, elektrotlardan biri elektron, diğeri elektron kaybeder.

Sonuç olarak, metallerden biri elektronu kaybeder ve diğer metal elektronu kazanır. İki metalin elektron konsantrasyonundaki bu fark, metaller arasında elektriksel potansiyel farkına neden olur. Bu potansiyel fark, herhangi bir elektrikli cihazda voltaj kaynağı olarak kullanılabilir.

Piller, ev cihazlarında ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Her pil, belirli bir amacı yerine getirmek üzere tasarlanmıştır ve gereksinime göre kullanılabilir.

Şarj Edilemeyen Piller

Şarj edilemeyen piller, birincil piller veya birincil hücre olarak da bilinir. Birincil piller, depolanan enerjileri tam olarak kullanıldıktan sonra tekrar kullanılamayan pillerdir. Bu piller tek kullanımlık pil olarak bilinirler. Bu piller oyuncaklarda ev aletlerinde v.b yerlerde kullanılır.

1. Çinko-Karbon Batarya (‘Ağır Hizmet’ olarak da bilinir)
2. Alkalik
3. Lityum Hücreler
4. Gümüş Oksit Hücreler
5. Çinko Hava Hücreleri

Çinko-karbon pil

Çinko-karbon piller, çok düşük güç sağlayan ve aynı zamanda kuru hücre olarak bilinen ilk ticari kuru pillerdir. Aküye manganez dioksit elektrodundan akım toplayan bir karbon çubuk yerleştirilir. 1.5 Volt DC beslemesi verebilir. Bu tip piller El Feneri, radyolar, uzaktan kumandalar ve duvar saatlerinde kullanılır.

Alkalik

Alkalin ayrıca bir kuru hücre pilidir, çinko anot ve manganez dioksit katottan oluşur. Alkalin pil çelik kutu ile doludur ve en dıştaki iç bölge manganez dioksit ile doldurulur. Çinko ve potasyum hidroksit elektroliti pilin çoğu bölgesine doldurulur. Alkalin pillerin yoğunluğu diğer pillere göre daha yüksektir. Genellikle radyolarda ve el fener ışıklarında kullanılır.

Lityum Hücreler

Lityum piller bozuk para veya düğme tipi tasarımlara sahiptir. Çinko, alkalin ve manganez akülerden daha yüksek voltaj (3V) değeri sağlar. Lityum hücreler daha küçük boyutlu ve daha hafiftir. Lityum hücrelerin iç direnci yüksektir ve şarj edilemezler. Elektronik uygulama sayısında kullanılan en popüler madeni para hücresi, 3V çıkış sağlayan CR2032’dir. Lityum hücrelerin ömrü daha uzundur (yaklaşık 10 yıl).

Gümüş Oksit Hücreler 

Gümüş oksit piller yüksek kapasiteli düşük güçlü pillerdir. Görünüşte cıva hücrelerine benzerler ve 1.5 voltluk daha yüksek bir emf sağlarlar. Pilin katodu gümüş oksitten yapılmıştır. Akünün içinde bulunan elektrolit, potasyum veya sodyum hidroksitten yapılır. Gümüş pahalı olduğundan, bu pilin çok sınırlı uygulamaları vardır.

Gümüş oksit hücrelerinin mükemmel özellikleri:

• Pil yapısının benzersiz sızdırmazlığı, pili sızdırmaz hale getirir.
• Akü tarafından verilen sabit voltaj çıkışı, kararlı deşarj almayı yararlı kılar
• Antioksidanların kullanımı, pilin yüksek enerji yoğunluğuna katkıda bulunur.

Gümüş oksit hücrelerinin uygulamaları:

• IOT tabanlı cihazlar
• Elektrikli saatler
• Hassas aletler
• Tıbbi cihazlar

Çinko Hava Hücreleri

Çinko hava pili, sızdırmazlığı kaldırıldıktan hemen sonra 5 dakika içinde tam çalışma voltajlarına ulaşır. Bunlar şarj edilebilir tasarımlara sahip birincil pillerdir. Havadaki oksijen içeriği bataryanın aktif kütlesi olarak işlev görür. Katot, hava erişimine sahip karbondan yapılmış gözenekli bir gövdedir. Hücrenin çıkış voltajı kapasitesi 1.65 volttur. Deşarj olurken, bir çinko parçacığı kütlesi bir elektrolit ile doymuş gözenekli bir anot oluşturur. Havada bulunan oksijen hidroksil iyonu ile reaksiyona girer ve çinko oluşturur. Bu Çinkoat çinko oksit oluşturur ve su elektrolite geri döner.

Şarj Edilebilir Piller

• Kurşun Asit
• Lityum İyon (Li-ion)
• Nickel Metal Hydride (Ni-MH)
• Nikel Kadmiyum (Ni-Cd)

Şarj edilebilir piller ikincil hücre olarak da bilinir. Pilleri şarj ederek tekrar tekrar kullanabilir. Şarj edilebilir pillerin başlangıç ​​maliyeti genellikle tek kullanımlık pillerden daha fazladır, ancak bu pillerin satın alındıklarında maliyeti yüksektir ancak çevresel etkisi daha düşüktür.

İkincil Hücrelerin Uygulamaları:

• Fitness bantlarında, akıllı saatlerde kullanılabilir.
• Askeri ve denizaltılarda kullanılabilir
• Fotoğraf makineleri ve yapay pacemaker’lar

Kurşun Asit

Kurşun asit çok yaygın bir şarj edilebilir pil türüdür. Genellikle güneş enerjisinden enerji depolamak için kullanılırlar. Bu aküler yüksek akım sağlar ve araçta kullanılır. Pilin bittiğinde, geri dönüşüm için kullanılabilir. Tüm kurşun uçlarının yaklaşık % 93’ü, yeni Kurşun Asit piller yapmak üzere geri dönüşüm amacıyla yeniden kullanılmaktadır.

Lityum İyon (Li-ion)

Lityum iyon piller, Li-ion pil olarak da bilinen şarj edilebilir pillerdir. Bu piller, büyük güç yoğunluğuna sahip oldukları için yaygın olarak elektronikte kullanılır. Bu piller kg başına 150 watt saat depolayabilir. Deşarj sırasında lityum iyonları negatif elektrottan pozitif elektroda geçer ve bunun tersi de geçerlidir. Aşırı ısınma pil hasarına veya yangına neden olabilir.

Nickel Metal Hydride (Ni-MH)

Nikel Metal Hidrit piller şarj edilebilir pillerdir.  Bu tip piller iyi ömürlü ve yüksek akım kapasitesine sahiptir. Her kg için 100 watt-saat depolayabilir. Lityum iyon pillere göre termal olarak daha kararlıdırlar. 

Nikel Kadmiyum (Ni-Cd)

Nicker-Kadmium şarj edilebilir pilde, elektrot olarak Nikel Oksit Hidroksit ve Metalik Kadmiyum kullanılır. NiCd pil veya NiCad Pil olarak da bilinir. Ni-Cd piller, kullanılmadığında voltajı korumak ve elektrik yükünü korumak için iyidir. 

Nikel Kadmiyum nominal kapasiteyi tam deşarj hızında sunmak için iyidir ve düşük sıcaklık oranlı operasyonlarda iyi bir yaşam döngüsüne sahiptir.