Piller

Piller kimyasal enerjiden elektrik enerjisi üreten düzeneklerdir. Günlük hayatta çok kullandığımız pillerin en büyük avantajı elektrik enerjisini taşınır kılmasıdır.Çeşitli metaller kimyasal reaksiyonlar sırasında elektron verirler, buna yükseltgenme adı verilir.Çeşitli metaller de bunun tersi olarak elektron alırlar buna da indirgenme adı verilir.Bu reaksiyonlar sırasında; her metalin elektron verirken veya alırken, yarı pil potansiyeli adını verdiğimiz, verilen veya alınan elektronların karşılığı olan bir elektrik potansiyeli mevcuttur.

Bir pili oluşturan iki metalin yarı pil potansiyelinin cebirsel toplamı o pilin ürettiği voltaja eşittir.

Yükseltgenmenin olduğu elektrot anottur. Anoda gelen iyon da anyondur, o halde anyon negatif yüklü iyondur.Bunun tersi katot ve katyon olarak adlandırılır.

İlk zamanlarda piller tek defa kullanılabiliyordu ve tekrar kullanılabilen elektrik kaynağı olarak akümülatörler bulunmuştu.Zamanımızda pek çok çeşit pil, birden çok kullanılabilme, yani tekrar şarj edilebilme özelliğine sahiptir.

Piller şu şekilde sınıflanabilir:

1-) Atom pili

2-) Yakıt pili

3-) Güneş pili

4-) Kuru pil

5-) Sıvı piller

6-) Gazlı piller

Atom pili uranyum ve grafit bloklardan oluşan ve nükleer enerjiden elektrik enerjisi elde etmeye yarayan pillerdir.

Yakıt pili dışarıda ki yakıttan örneğin: hidrojen ve oksijen gibi, elektrik enerjisi elde etmeye yarayan düzeneklerdir.

Güneş pilleri veya fotopiller amorf silisyum kristallerinden elde edilen P- N kavşaklı bir yarıiletken yapıdır.Takriben açık güneşli havada desimetrekare de 1 watt enerji verebilir.

Pil İlk kez 1800 yılında Alessandro Volta tarafından yapılmıştır.Bu pil yuvarlak çuha veya karton parçaları ile birbirinden ayrılmış bakır ve çinko disklerinin asitli suya batırılması ile oluşmuştu. Bu tip pillerde zamanla pozitif elektrot üzerinde hidrojen kabarcıkları oluştuğu ve EMK de azalma olduğu ortaya kondu,buna elektrotun kutuplanması denir,bunu azaltmak için çeşitli oksitleyiciler kullanmak gerekir. Bu iş için kullanılan yükseltgen maddeler arasında;Kromik asit,Potasyum bikromat, Nitrik asit gibi sıvılar ve kurşun dioksit,manganez dioksit gibi katılar vardır.

1842 de Poggendorf daha sonra Grenet,Ducretet ve Trouve potasyum bikromatlı pili yaptılar ve bu piller 2 volt ve yüksek akım vermekteydi.Bu kutuplanmayan bir sıvı pildi.

Lechlanche pili bir kuru pildir. Bu pilde elektrot olarak Çinko ve Karbon kullanılır.Lechlanche pilini Fery geliştirdi ve kendi adı ile anılan pili yaptı.Eskiden cep fenerlerinde kullanılan akıp cihazları berbat eden piller bu pillerdir…

Lechlanche pilinde amonyum klorür jel haline getirilmiştir çinkoyu sarar.Karbon etrafında bir gözenekli kılıf içinde karbon ve manganez dioksit bulunur.Tepe ziftlenir. Burada reaksiyon sonucu Amonyak ve hidrojen iyonu oluşur.

Yukarıda görülen Lechlanche pilinde turuncu renk karbon etrafınna sarılı olan manganez dioksit.Yeşil renk çinko katot,aradaki gri renk ise manganez dioksit ile çinko arasında bulunan jel Amonyum klorürdür

Kuru pillerde kutuplaşmayı önlemek için genel olarak kullanılan Manganez dioksittir.Bunsen pilinde bu maksatla nitrik asit kullanılır. Alman Fiziko-kimyacısı olan Robert Wilhelm Bunsen (1821 – 1899 ) 1843 de bu pili yapmıştır.

Sıvı kutuplanmaz pillerin ilk örneği Daniell pilidir. Daniel pilinde Bakır ve Çinko elektrot olarak kullanılır.1.08 volt elektrik gerilimi üretirler her elektrot kendi tuzlarının çözeltisine batırılmıştır ve arada gözenekli bölme ile birbirlerinden ayrılırlar.burada Çinko çözünür,Bakır ise çöker.Daniell pili bir sıvı pildir .Sıvı pillerde elektrolit sıvıdır.Daniel pili de böyledir, keza Akümülatörlerdede elektrolit sıvı Sülfürik asittir.

Derişim pilleri de kutuplanmaz pillerdendir, burada aynı metalden yapılmış iki elektrot,bu metalin iki farklı tuzu içine konur. Latimer Clark ve Weston pili böyledir.Bu piller ölçek pil olarak adlandırılır ve pillerin iç direnci ve EMK ölçümünde referans alınırlar.

Basınç altındaki gaz içinde olan piller gazlı pil olarak adlandırılır. Sir William Robert Grove İngiliz fizikçisidir. Aslında Bir hukukçudur ve amatör olarak fizikle uğraşmaktadır.1839 da elektrotları odun kömüründen olan gazlı pili yapmıştır.Gaugain ve Zeuger pilleri de gazlı piller dendir.

Günlük hayatta kullandığımız kuru piller, çeşitli boylarda ve güçlerde imal edilirler.Pillerin üretiği voltaj üzerlerinde yazılıdır. Pillerin eskimesi halinde bu voltaj değerinde düşme meydana gelir,buna bayat pil deriz.Normalde kullanılmış bir pilde bile çekilen akım, pilin verebileceği akımdan fazla değilse voltaj düşmesi meydana gelmez, bu şu demektir.biz bir pilin taze mi eski mi olduğunu yalnız voltajı ölçerek bulamayabiliriz.

Gündelik kullanımda ki piller iki tiptir:

1-) Tekrar şarj edilebilen piller

2-) Tekrar şarj edilemeyen piller

Şarj edilebilen piller :
1-) Nikel Kadmiyum piller

2-) Nikel Metal Hidrit piller

3-) Lityum İon piller

Şarj edilemeyen piller :
1-) Muhtelif alkalen piller

2-) Gümüş oksit piller

3-) Çinko - Karbon pilleri

4-) Civalı piller

Nikel Kadmiyum Piller:

Adından da anlaşilacağı gibi nikel ve kadmiyum dan yapılmış pillerdir. Bu piller hafızalı piller olarak ta adlandırılır. Şarjlı halde 1.44 volt maksimum voltaja sahiptir.

Boş halde 1.2 voltta tutulmalıdır.Bu pillerin verimli kullanılması için 1.1 volt pil geriliminde mutlaka tekrar şarj edilmeleri gerekir. Bunun için özel düzenekler mevcuttur. Bu pillerin güç eğrisi birdenazalır ve kullanım süresi sonunda güç birden düşer.

Tüm pillerin üzerinde mevcut olan pilin akım gücünü gösteren bir rakam mevcuttur bu mAmper / saat olarak ifade edilir. Bir pilin üzerinde 800 mA /h yazıyorsa bu şu demektir: Bu pil 800 mA akımı ancak bir saat akıtabilir. Eğer bu pilden devamlı olarak 100 mA akım çekiyorsanız o zaman bu pil size 8 saat hizmet edecektir.

Nikel kadmiyum piller akım şarjına tabidirler şarj voltajları 1000 volta kadar çıkabilir. Ni-Cad piller üzerlerinde yazılı olan mA/saat değeri ne ise o değerin onda biri kadar bir akım ile 14 saat şarj edilirler.

Örneğin üzerinde 750 mA/saat yazan bir pili 75 mA ile 14 saatte şarj edebiliriz.Ama çoğu zaman hızlı şarj devreleri ile çabuk şarj gerekli olur.Bu durum pilin ömrünü kısaltır ve genellikle pilleri 1 saatte sarj edecek kadar akım basılır. Bu durumda 400 - 1000 mA gibi yüksek bir şarj akımı uygulanır.Bir Nikel Kadmiyum pilin şarj olduğunu, sıcaklığının artmasından da anlayabiliriz; çünkü bu, durumda kimyasal reaksiyon bitmiş verilen enerji ısı enerjisine dönüşmekte demektir.

Nikel - Kadmiyum pillerin şarjında değişik teknikler kullanılır, bunlar pilin ömrünü uzatmak için yapılan işlemlerdir. Pil yarı boşalmış halde iken şarj edilmez, aksi halde pil hafızasında tuttuğu bu noktadan ileriye doğru şarj olur bu da kapasitesini düşürür. Bu tip piller önce boşaltılır, sonra şarj edilir.

Nikel Metal Hidrit Piller:

Nikel Kadmiyum pillerden sonra piyasaya çıkan bir pildir. Ni - Kad. Pillere göre daha yüksek kapasiteye sahiptir. Şarj edilmeleri hemen hemen Ni-Kad. Piller gibidir. Her iki pilin de bir iç dirençi vardır, bu direnç Ni - Kad. Pillerde daha yüksektir, bu nedenle kullanılmadığında bu piller kendi içinden bir akım akıtır ve boşalırlar, bu olay NiMH pillerde daha çabuk olur ve daha kısa sürede boşalırlar.

Li- ion Piller :
Diğer şarj edilebilen pillere göre daha yüksek kapasiteleri olan pillerdir. Hafif piller olup, kendi kendine boşalmaları yavaştır. Şarj edilmeleri biraz daha güçtür, fakat bir yandan kullanılır bir yandan da şarj edilebilirler. Hem voltaj hem de akım regülasyonu ile şarj edilirler.

Akümülatörler :
İlk kez Sir william Grove’un tasarladığı platin elektrotlu pil ile ortaya çıkan doldurulabilir pil yapımını Gaston Plante başardı.

Kurşun Kurşun oksit li

Nikel Kadmiyum lu

Nikel Demir li

Gümüş Çinkolu

Olmak üzere değişik tip akümülatörler mevcuttur. En çok kullanılan Kurşunlu akümülatörlerde, elektrotlar kurşundur. Seyreltik sülfürikasit de elektrolit olarak kullanılır.

Akümülatörler voltaj kaynağı ile şarj edilirler normal şarj için kapasitesinin 1 /10 u kadar akım verilir ve 24 saat süresinceşarj olur.

Otomobillerde kullanılan akümülatörler 45 ve 60 Ah kapasitesindedirler.Yani bu akümülatör kullanılma süresi ile verdiği akım çarpımı 60'a eşittir.Yani 10 amper çekiliyorsa 6 saat akım verebilir.

Dolu bir Akümülatör maksimum voltajı 14.5 volttur. Akümülatörler üzerinde ayrıca maksimum akım değeri de yazar bu çok yüksek bir akım değeridir.Bir Akümülatör 250 Ampere kadar bir akımı akıtabilir.