Piller

Elektrikle ilgili yazılarımıza devam ederken, madem bir önceki yazımızda “elektrik kaynakları” konusuna girdik, bu konuda geçen pilleri biraz daha detaylandıralım. Çünkü piller, elektriğe ulaşmanın, en kolay ve verimli yollarından birisi. Bu yazımızda da pilin tarihinden, yapısından ve türlerinden bahsedelim. Ardından da şarjlı pillerle ilgili bir uygulama ile teorik bilgilerimizi pratiğe dökelim.

Pil, kısaca, kimyasal enerjinin depolanması ve istendiğinde elektriksel enerjiye çevrilmesine yarayan bir aygıttır. Bilinen en eski piller, MÖ 3. yüzyıla dayanan Bağdat Pilleri‘dir. Bildiğimiz pillerin tarihi ise İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından geliştirilen Voltaik (Voltaic) pil ile başlamıştır.

 

İcat Edilmesi

Alessandro Volta trafından üretilen volta pili, bugünkü modern pillerin atasıdır. Çinko ve karbon plakaların arasına yerleştirilmiş tuzlu suya batırılmış süngerlerin yarattığı kimyasal reaksiyonun elektrik enerjisiyle sonuçlanması prensibine dayanır.

Elektrikle insanlığın tanışması, aslında, MÖ 6. yüzyıla kadar uzanabilmekte. Elektrik kavramının ortaya çıkışı da bu dönemde Anadolu ve Eski Yunan’a dayanıyor. Frederick Collier Bakewell‘in Electric Science: Its History, Phenomena, and Applications isimli kitabına göre; Eski Yunan döneminde Milet‘te (Anadolu, Aydın civarında eski yerleşim yeri) yaşayan Thales (MÖ 624-MÖ 546), doğayla ilgili araştırmalar yaparken kehribarın yünle ovulduğunda tüy ve saman gibi hafif maddeleri kendine çektiğini, uzun süreli ovmalarda ise insan vücuduna yaklaştırıldığında küçük kıvılcımlar çıkardığını fark edip bazı araştırmalarda bulunmuştu. Thales’in keşfettiği şey, bugün statik elektrik dediğimiz olguydu ve ilginç bir şekilde adı da Eski Yunan dilinde “kehribar gücü” anlamına gelen electrica kelimesinden türemiştir.

Konuyu fazla budaklandırmadan, 19. yüzyıla geçmemiz isabetli olur. Çünkü Eski Yunan’dan 19. yüzyıla kadar, statik elektrik biliniyor alsa bile, elektrik kavramında pek bir gelişim olmamıştır. Ancak bu tarihlerden itibaren, insanlığın elektrik kavramını anlaması ve gücünü farketmesi “piller” sayesinde başlamıştır, diyebiliriz. Bundan öncesinde bilinen elektrik; sürtünme veya yıldırım kaynaklı statik elektriktir.

İtalyan fizikçi Luigi Galvani, 18. yüzyılın sonlarında kurbağa bacakları ile deneyler yapmaya başladı. Luigi abimiz, ölü bir kurbağanın bacağında neşterle işlemler yaparken, kurbağanın bacaklarının kasılmaya başladığını fark etti. Abimiz bu durumu sağlıklı bir şekilde elektrik ile bağdaştırsa da, bulduğu şeye “hayvansal elektrik” adını verdi. Ancak Galvani’nin arkadaşı Alessandro Volta, onun bulduğu şeyden yola çıkarak teoriyi daha da geliştirdi. Kurbağa bacaklarındaki kasılmanın sebebinin, hayvansal bir özellik olmadığını, birbirine değen iki metal ve aralarında bulunan sıvının oluşturduğu kimyasal bir reaksiyonun elektrik ürettiğini fark eden Volta, bu uyanışla birlikte ilk pilleri ortaya çıkaracak çalışmalarına başlamış oldu. Bakır ve çinko metallerinin arasına, tuzlu suya batırılmış süngerler yerleştiren Volta, böylece bugün Volta pili olarak bildiğimiz ilk pili icat etmiş oldu.

 

Pillerin Çeşitleri

Günümüzde, pillerin çeşitleri oldukça artmıştır. Piller, kendi aralarında şarj edilebilir piller (rechargeable) ve şarj edilemeyen piller (non-rechargeable) olarak ayrılabilir. Onların da bir çok alt çeşidi bulunmaktadır.

Kullanıldıktan sonra atılan (şarj edilmeyen) piller:

Çinko-karbon piller, oldukça düşük maliyeti nedeniyle, günümüzde en yaygın birincil (şarj edilemeyen) pil türlerindendir.

Çinko-karbon pil – Düşük maliyetli – az enerji gerektiren uygulamalar için.
Çinko-klorid – Çinko–karbon pilden biraz daha uzun ömürlüdür.
Alkalin pil – Alkaline/manganez “uzun ömürlü” pillerdir , daha fazla güç ihtiyacı gerektiren uygulamalarda da kullanılabilir.
Gümüş-oksit pil – Genelde işitme cihazlarında kullanılır.
Lityum (Lithium) pil – Genelde dijital kameralarda kullanılır. Saat ve bilgisayar saatlerinde de kullanıldığı görülür.Çok uzun ömürlüdür, fakat pahalıdır.
Civa (Mercury) pil – Genelde dijital saatlerde kullanılır.
Çinko-hava pil – Genel olarak işitme cihazlarında kullanılır.
Isıl (Termal) pil – Yüksek sıcaklık depolar. Askeri uygulamalarda önem taşır.

Şarj edilebilen (tekrar kullanılabilen) piller:

Lityum-iyon piller, düşük maliyeti ve uzun ömrüyle en verimli şarj edilebilir pillerdendir. Dizüstü bilgisayarlardan, cep telefonlarına kadar bir çok cihazda kullanılmaktadır.

Kurşun-asit pil – Araçlar, alarm sistemleri ve kesintisiz güç ihtiyacı olan yerlerde kullanılır.
Lityum-iyon pil – Oldukça yaygın olan türdür. Yüksek şarj yoğunluğu vardır. Dizüstü bilgisayar, cep telefonları, müzik çalarlar ve daha birçok taşınabilir dijital cihazda kullanılır.
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)
Sodyum-sülfür (NaS) pil
Nikel-demir pil
Nikel metal hidrit (Ni-MH) pil
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.
Sodyum-metal klorid pil
Nikel–çinko pil
Erimiş tuz pili

Lityum-iyon polimer piller, çok az yer kaplayıp, yüksek kapasitelerde enerji depolayabilirler. Drone ve uzaktan kumandalı gibi araçlarda yaygın kullanılan bir ikincil (şarj edilebilir) pil türüdür.

Gördüğünüz gibi pil çeşitlerinin sayısı oldukça fazla. Bu pillerin voltajları, ömürleri, boyutları farklı farklı olabilmekte. Örneğin boyutun çok da ciddi problemler yaratmadığı, ama anlık yüksek güçlere ve uzun ömre ihtiyaç duyulan arabalarda akü diye tabir ettiğimiz kurşun-asit pilleri kullanıyoruz. Alanın biraz daha önemli olduğu ancak anlık düşük tüketim gerektiren cep telefonu, dizüstü bilgisayar gibi cihazlarda ise lityum-iyon (li-ion) pilleri tercih ediyoruz. Alanın ve ağırlığın en önemli olduğu, maliyetinse ikinci planda olduğu hobi araçları, dronelar gibi cihazlarda ise lityum-iyon polimer (li-po) piller daha çok tercih edilmekte.

 

Piller Hakkında Önemli Uyarı

Özellikle genç kardeşlerimize, piller hakkında bir kaç uyarıda bulunmak gerekiyor. Öncelikle, pilleri çöpe veya sokağa atmıyoruz. Çünkü içindeki kimyasallar doğa için oldukça zararlı olabilir. Bunun yerine kullanılmış pillerimizi bir kutu veya poşette biriktirip AVM gibi yerlerde bulunan “atık pil kutularına” atıyoruz.

Ayrıca pilleri sökmüyoruz, parçalamıyoruz. Piller oldukça yoğun kimyasal içeriğe sahiptir. Ve pilleri parçalarsanız sağlığınıza zarar verebilirsiniz.

Bunun dışında piller, özellikle modern piller, oldukça yüksek enerji kapasitelerine sahiptir. Delinmesi, kırılması, aşırı şarj edilmesi, kısa devreye muhatap olması gibi durumlarda; içlerindeki kimyasal yapı bozulabilir ve patlama, yangın gibi durumlara yol açabilir. Bu yüzden kaynağını/üreticisi bilmediğimiz pilleri evimize dahi sokmuyoruz. Ayrıca pillerle çalışmalar yaparken dikkatli oluyoruz.

 

ÖRNEK UYGULAMA

Bu aralar, yazılarımın sonunda, kendi ihtiyacım için yaptığım bazı çalışmaların videosunu çekip sizlerle paylaşıyorum. Bu yazıyla da ilgili olarak 18650 boyutlarında (18mm x 65mm) lityum-iyon pilleri şarj edebileceğim bir düzeneği sizlerle paylaşmak istiyorum. Düzeneğin hazırlanışını ve pillerin şarj edilmesini sizin için kayda aldım. Ayrıca bu cihaza takacağım bir voltmetre/ampermetre ve bir kör yük vasıtasıyla şarj ettiğim pilleri bir kez tamamen boşaltıp, kapasitelerini de ölçmek istiyorum. O yüzden düzeneği biraz daha geliştirdim.

Bu yazının bir kısmından bahsettiğim ve örnek uygulamayı da içeren videoyu da aşağıya ekliyorum:

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir