Pil Nedir
Pil kimyasal bir güç kaynağıdır. Pili oluşturan ana kısım elektrokimyasal hücredir. Piller seri bağlanarak daha yüksek voltajlar elde edilir. Şekil 1.2a‘da gösterilen hücre kesiti ve Şekil1.2b’de gösterilen şema, birbirine seri olarak bağlanmış dirençlere akım sağlayan bir pili göstermektedir.
Şekil 1.2a’da gösterildiği gibi, bir elektrokimyasal hücrede nagatif ve pozitif elektrot olarak adlandırılan iki plaka ve aralarında elektrolit olarak adlandırılan sıvı veya yarı-sıvı mevcuttur. Elektrotların terminalleri arasına bir devre bağlanırsa, pozitif elektrot ile elektrolit arasında, elektronları devreden pozitif terminale doğru ve elektrodun içine “çeken” bir kimyasal reaksiyon oluşur. Negatif elektrotta ise ters bir reaksiyon oluşur, negatif uçtan devreye doğru elektronlar “itilir”. Kimyasal reaksiyonu dengeleyebilmek için elektronlar ve pozitif iyonlar elektrolite akar.
Birisi elektron akımı; diğeri ise geleneksel akım. Elektronlar negatif yüklüdür ve negatif voltajlı bir noktadan voltaj olarak daha pozitif olana doğru akarlar. Elektriği keşfeden eski bilim adamları geleneksel akımı, pozitif yüklerin (elektronların tersine) hareketi olarak varsaydıklarından, geleneksel devre akım yönü elektron akım yönünün tersinedir.
Elektrik ve elektronik endüstriler tarafından sıkça kullanılan standart geleneksel akım yönüdür, bu durumda bu yazı dizisinde de kullanılacaktır. Şunu unutmamak gerekir ki, elektron akım yönü, gösterilen geleneksel akım yönünün tersi olacaktır.
Kimyasal reaksiyon pozitif ve negatif terminaller arasında, voltaj diye adlandırılan bir potansiyel fark yaratır. Voltajın birimi volttur. Voltajın yarattığı basınca elektromotif güç denir. Bir iletkenden gerçekte her saniyede akan elektron sayısına akım denir ve birimi amperdir. Pil yüküne akım sağlarken pilin voltajı düşer, bu yüzden piller genellikle “amper-saat” olarak sınıflandırılır. Bu sınıflandırmanın anlamı: Pilin voltajı belirlenmiş bir minimum değere inene kadar, pilin bir amper akımı sağlayabileceği saat sayısıdır. Bir amperden daha az akım sağlamak için tasarlanmış piller için bu sınıflandırma “miliamper-saat” olarak tanımlanır; burada bir miliamper, 0.001 ampere eşittir.
Birincil ve İkincil Piller:
Piller birçok kullanım için, pek çok tipte ve voltajda üretilir. Bazıları şarj edilebilir (ikincil hücreler) ve bazıları şarj edilemez (birincil hücreler). Birincil pillere örnek, fenerlerden kameralara, taşınabilir radyolara kadar kullanılan alkali pillerdir. İkincil pillere örnek nikel-kadmiyum (Ni-Cd) piller telsiz telefonlarda, kurşun-asitli piller (aküler) ise taşıtlarda kullanılmaktadır. Verdiği gücü arttırmak veya aynı gücü verirken kapladığı fiziksel alanı azaltmak maksadıyla piller devamlı olarak geliştirilmektedir. Bu tip gelişmeler taşınabilir elektronik cihazların kullanımını arttırmaktadır.
Pil Çeşitleri
Genel olarak piller, kullanıldıktan sonra atılan (Non-rechargeable) ve tekrar şarj edilebilen (Rechargeable) piller olarak ikiye ayrılır.
* Kullanıldıktan sonra atılan (şarj edilmeyen) piller:
o Çinko-karbon pil – Düşük maliyetli – az enerji gerektiren uygulamalar için.
o Çinko-klorid – Çinko–karbon pilden biraz daha uzun ömürlüdür.
o Alkalin pil – Alkaline/manganez “uzun ömürlü” pillerdir , daha fazla güç ihtiyacı gerekriren uygulamalarda da kullanılabilir.
o Gümüş-oksit pil – Genelde işitme cihazlarında kullanılır.
o Lityum (Lithium) pil – Genelde dijital kameralarda kullanılır. Saat ve bilgisayar saatlerinde de kullanıldığı görülür. Çok uzun ömürlüdür, fakat pahalıdır.
o Civa (Mercury) pil – Genelde dijital saatlerde kullanılır.
o Çinko-hava pil – Genel olarak işitme cihazlarında kullanılır.
o Isıl (Termal) pil – Yüksek sıcaklık depolar. Askeri uygulamalarda önem taşır.
* Şarj edilebilen (tekrar kullanılabilen) piller:
o Kurşun-asit pil – Araçlar, alarm sistemleri ve kesintisiz güç ihtiyacı olan yerlerde kullanılır.
o Lityum-iyon pil – Oldukça yaygın olan türdür. Yüksek şarj yoğunluğu vardır. Dizüstü bilgisayar, cep telefonları, müzik çalarlar ve daha birçok taşınabilir dijital cihazda kullanılır.
o 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)
o Sodyum-sülfür (NaS) pil
o Nikel-demir pil
o Nikel metal hidrit (Ni-MH) pil
o 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.
o Sodyum-metal klorid pil
o Nikel–çinko pil
o 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.