Pillerin Çalışma Prensibi ve Çeşitleri
Gelişen teknoloji ile birlikte hayatımızın her alanında pilleri kullanıyoruz. Cep telefonundan, mp3 çalara, laptoplardan uzaktan kumandalara hemen her yerde kullandığımız piller hakkında ne kadar bilgimiz var? Bu yazıda piller hakkında bilgi edinip pillerin nasıl oluyor da cihazları çalıştırmak için enerji üretebildiğini göreceğiz.
Piller kimyasal maddeler ile dolu olan elektron kaynaklarıdır. İçerisindeki elektrokimyasal reaksiyonlar ile elektron üretimi olmaktadır.
Bir pile baktığınızda pozitif (+) ve negatif (-) olmak üzere iki uç olduğunu görürsünüz. Elektronlar pilin negatif (-) ucunda toplanır. Eğer iki uç arasına bir iletken bağladığınızda elektronlar negatif uçtan pozitif uca doğru akmaya başlayacaktır. Bu şekilde pillerin iki ucunu bir iletken yardımıyla kısa devre edilmesi özellikle büyük güçlü pillerde tehlikelidir bu nedenle kaçınılması gereken bir durumdur. Normalde pilin iki ucu arasına bir yük bağlanır. Bu yük bir ampul, bir dc motor, radyo, cep telefonu olabilir.
Pilin içinde oluşan kimyasal reaksiyonlar elektron üretmektedir. Elektron üretiminin hızı kimyasal reaksiyonun kontrolündedir. İki uç arasında akan akım pilin iç direnci tarafından kontrol altında tutulmaktadır. Pozitif ve negatif uçlar arasında her hangi bir bağlantı olmaması durumunda kimyasal reaksiyon başlamayacağından pilin ömrünün azalması da söz konusu olmaz.
Her pil içindeki farklı maddeler farklı reaksiyonlar oluşturur ve her reaksiyonun farklı gerilim üretebilir. Mesela kurşun-asit araba aküsünü incelersek;
–Akü bir kurşun levha ve bir de kurşun-dioksit levha içerir (anot ve katot). Bu iki levha güçlü bir sülfürik asit çözeltisine daldırılmıştır.
–Kurşun sülfat (SO4) ile tepkimeye girerek kurşun sülfat (PbSO4) oluşur ve bir elektron oluşur.
–Kurşun dioksit, hidrojen iyonları ve sülfat iyonları kurşun tabakadan bir elektron koparır, kurşun sülfat ve su kurşun dioksit levhadan oluşur.
–Pil deşarj olurken kurşun sülfat ve su asidin içinde birikir. Her hücrenin karakteristik gerilim değeri 2 Volt civarındadır ve 6 hücre ile 12 Volt elde edilebilir.
Kurşun-asit akülerde kimyasal tepkime ters yönde de gerçekleştirilebildiğinden aküler tekrar doldurulabilmektedir. Aküye gerilim uygulandığında kurşun ve kurşun-oksit tekrar levhaya döner ve aküyü tekrar tekrar kullanmak mümkün olur. Fakat çinko-karbon pillerde tepkimenin ters yönde oluşması mümkün olmadığından pillerin tekrar kullanımı mümkün olmaz. Çünkü çinko-karbon pillerde geri tepkimenin oluşabilmesi için gerekli olan hidrojen gazının verilmesi zordur.
Pillerde Kullanılan Kimyasallar
–Çinko-Karbon Piller: Standart karbon piller olarak bilinen bu piller genellikle daha ucuz olan kuru tip pillerdir. Elektrolit olarak kullanılan asidik pastanın içinde çinko ve karbon elektrotlar bulunmaktadır.
–Alkalin Piller: Alkalin elektrolitinin içinde çinko ve manganez-oksit elektrotlar kullanılarak yapılan bu piller daha uzun ömürlüdürler.
–Lityum-İyodit Piller: Lityum-iyodit kimyası genellikle daha uzun ömür olması gerektiren uygulamalarda kullanılacak pillerde kullanılmaktadır.
–Kurşun-Asit Piller: Kurşun asit kimyası otomobillerde kullanılan akülerde kullanılmaktadır. Güçlü asidik elektrolit çözelti içindeki elektrodlar kurşun ve kurşun-oksit levhalardır. Bu piller tekrar şarj edilebilir pillerdir.
–Nikel-Kadmiuum Piller: Elektrolit olarak potasyum hidroksidin kullanıldığı bu tip pillerde elektrot olarak nikel-hidroksit ve kadmiyum kullanılır. Bu piller tekrar şarj edilebilir pillerdendir.
–Lityum-İyon Piller: Hafif ve uzun ömürlü pillerdir. Tekrar şarj edilebilir olan bu piller laptop, cep telefonu vb. cihazlarda kullanılmaktadır.
–Gümüş-Çinko Piller: Bu pillerin güç-ağırlık oranı çok iyi olduğundan (yüksek güç-düşük ağırlık) havacılık uygulamalarında tercih edilir. (Maket uçaklar gibi)