Akümülatör Nedir, ne işe yarar? Akümülatörlerin tarihçesi, akümülatör çeşitleri ve hesaplamaları nasıldır, Akümülatörler hakkında bilgi.
Akümülatör Nedir? Akümülatör Tarihçesi ve Çeşitleri
Akümülatör, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek elektrik akımı üretmekte kullanılan aygıt, pil. Bu dönüştürme, ikincil pil sınıfına giren akümülatörlerde en genel olarak, biri çinko, öteki bakırdan yapılmış iki madeni levha ya da çubuğun bir asit eriyiği içine batırılmasıyla sağlanır. Eksi kutbu oluşturan çinko levha asite batırılınca, çinko atomları elektron salarak iyonlaşır. Salınan elektronlar artı kutbu oluşturan bakır levhaya doğru yönelirlerken asit eriyiği içindeki hidrojen iyonlarınca tutularak önce hidrojen atomlarına, sonra da hidrojen moleküllerine dönüşür.
Böylece eriyik içinde, iyonlaşma yoluyla, çinko levhadan bakır levhaya doğru bir elektrik akımı oluşur. Bu akım, hidrojen gazı molekülleri bakır levhayı tümüyle kaplayıp yalıtıcı bir tabaka oluşturuncaya kadar sürer. Kutuplaşma adı verilen bu olay sonucu, kimyasal tepki ve dönüşüm durur. Bunu önlemek ve dönüşümü sürdürmek için artı kutup yanında salınan elektronları kendine çekme gücü hidrojenden fazla olan magnezyum dioksit gibi bir kimyasal bileşim kullanılır.
İkinci ya da galvanik pillerin tarihçesi
Kimyasal yoldan elektrik elde etme düşüncesi elektriğin geçmişi kadar eskidir. İlk deneyler sülfürük asit eriyiği içine batırılmış iki platin levhayla yapıldı. Asit içindeki elektron akımının durdurulmasıyla platin kutuplardan çok küçük bir elektrik akımı elde ediliyor veolay kutuplaşma olarak tanımlanıyordu. Daha sonra platin yerine kurşun levhalar kullanılarak sağlanan akımın oranı arttırıldı. 1859’da Gaston Plante, birbirlerinden fanila sarılarak yalıtılmış iki uzun kurşun çubuğu sülfürik asit eriyiği içine batırarak kısa bir doldurma işleminden sonra yeterli elektrik akımı veren ilk galvanik pili geliştirdi. Sağlanan akımın miktarı aralıklı doldurma boşaltmalarla artırılmaktaydı. 1881’de Camille Faure, günümüzdeki otomobil akülerinin öncüsü olan yeni bir galvanik pil geliştirdi. Bu pilde kalın kurşun levhalar yerine kafes biçimi kurşun ızgara kullanıyordu.
Asit içindeki çözülme, ızgaranın üstüne kaplanan kurşun oksit tabakasından sağlanmaktaydı. Böylece çok daha ucuz ve hafif bir pil elde edilmişti. Ancak gerek Plante’nin, gerekse Faure’un geliştirdikleri akülerin önemli bir kutup levhası üzerinde biriken aktif tabakanın birkaç doldurma-boşaltma işleminden sonra parça parça dibe çökerek bir süre sonra pili işlemez duruma getirmesiydi. Bunu önlemek için ironclad ve kathanode tipi piller geliştirildi.Her iki tipte de artı elektrot üzerindeki aşırı yığılmayı önlemek amacıyla bu elektrot önüne birincide demir, ikincide katot türünden ve çekme gücü fazla maden tabaka yerleştirilmişti. 1900’lerde Edison, yaptığı uzun araştırmalar sonucu, eksi kutup olarak demir, artı kutup olarak nikel oksitten oluşan birer tabaka kullanarak dayanıklı bir pil geliştirdi. Yaklaşık olarak aynı tarihte Jungner İsveç’te nikel-kadmiyumlu pili geliştirdi. Benzer biçimde çalışan bu iki tip pilden özellikle ikincisi günümüzde çok yaygın olarak kullanılmaktadır.
Gerilim, akım ve kapasite değerleri
Gerilim V, akım I ve pil devresinin direnci R ile gösterilirse Ohm yasasına göre: V=IxR olur. Akımın değeri, faraday ve coulomb ilişkileriyle de belirtilebilir. Bir elektrottan ötekine 6.02×10 elektron aktığında 1 faradaylık elektrik elde edilir. Eğer bir pil 1/96.500 faradaylık elektrik üretirse bu 1 coulombluk elektriğe eşdeğerdedir. Saniyede 1 coulomb’luk elektrik üreten elektron akışının sağladığı akım değeri 1 amper olarak tanımlanır.
Kurşun-asitli akümülatörler
1960’lara gelindiğinde yalnız otomobil ve kamyonlarda 30 milyonu aşkın kurşun-asitli aküler kullanılmakta ve bu akülerde 500 bin ton kadar kurşun tüketilmekteydi. Kullanıldıkları yer ve amaca göre çeşitli biçim ve büyüklükte yapılan aküler otomotiv aküleri, hareketli güç aküleri ve sabit akümülatörler olarak üç ana sınıfa ayırılır. Otomobil aküsünün yapılışı. Otomobil aküsünün yapımına, artı ve eksi elektrotları oluşturacak levhalar üzerine ızgara dökümüyle başlanır. Levhaları koruyan ve kutuplara akım iletilmesini sağlayan ızgaralar çoğunlukla % 5-12 antimon, % 0.5 kalay ve çok az oranda bakır ve arsenikle karıştırılan çok saf kurşundan dökülür. İçine katılan antimon yardımıyla sertleşen ve sülfürik aside dayanıklı duruma gelen kurşun ızgaranın delikleri, kurşun oksit, su ve sülfürik asit karışımından oluşan katı bir hamurla doldurularak artı elektrot levhası elde edilir.
Eksi elektrot için kurşun oksit, baryum sülfat, kömür tozu ve odundan elde edilen organik bir maddeyle karıştırılır. Böylece akü kapasitesi artırılmış olur. Macunlanan, kurutma ve toplama işlemleri biten levhalar zayıf bir sülfürik asit eriyiği içine batırılarak şarj edilir. Şarj işleminden sonra eksi elektrotu oluşturan kurşun levha sünger, artı elektrot levhası da kurşun oksite dönüşür. Elektrotları birbirinden yalıtmak için tahta, plastik, kauçuk ya da cam elyafından yapılmış sözgeç gibi çok delikli separatörler (ayırıcılar) kullanılır. Otomobil akülerinde yalnız saf suda eritilmiş saf sülfürik asit kullanılır. Bunun dışında eklenen magnezyum sülfat, sodyum sülfat gibi bileşimlerin yararı çok azdır.
Sabit akümülatörler
Bu tür aküler, elektrik kesilmelerinde hemen devreye girip gerekli gücü sağlamak üzere hastane, telefon santralları, gemiler, demiryolları sinyal düzenekleri ve yangın alarm düzenekleri gibi önemli yerlerde kullanılır. Bu tür akülerin ilk ikisinden en önemli ayrılığı, hiç bilinmeyen herhangi bir anda hemen devreye girme zorunluğu nedeniyle kesinlikle uzun ömürlü olmaları gereğidir. Bunun için elektrot levhaları daha ağır, asit eriyiğin kapladığı hacim daha büyük ve asit özgül ağırlığı daha düşüktür. Bu tür akülerin başlıcalan, üzerleri oluklu antimonsuz kurşun elektrotlar kullanan Plane tipi aküler, elektrotları saf kurşundan ve antimonlu kurşun elektrotları delikli dökülüp sonradan içleri helis biçimi sarılmış oluklu kurşunla tıkanmış Manchester akümülatörleridir.