Pil Çeşitleri Ve Yapıları

Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine doğrudan dönüştürerek bünyesinde depolayan cihazlara PİL denir. Piller Primer (tek kullanımlık veya şarjsız) ve Sekonder (çok kullanımlık veya şarjlı)sistemler olmak üzere iki ana gruba ayrılır.

Çoğunlukla aynı kimyasal yapıya, ölçülere ve elektrik kapasitelerine sahip piller, tek tek bir araya getirilerek pil grupları oluşturulabilir ve bunlara BATARYA BLOĞU veya kısaca adlandırıldığı gibi BATARYA denilebilir.

Radyo, el feneri, oyuncak, cep telefonu, vb gibi cihazlarda piller tek tek kullanılırken, matkap, tornavida, gibi kablosuz güç aletleri, kameralar, telsiz telefonlar, acil aydınlatma sistemleri ve benzerlerinde batarya kullanmaktadır.

Günlük yaşantımızda en sık rastlanan ve uygulama yeri bulan enerji kaynakları taşınabilir pil ve bataryalardır. Taşınabilir ifadesinden elde bir yerden bir yere rahatlıkla götürülebilen ve genellikle ağırlıkça ve hacimce büyük olmayan (genellikle kiloyu geçmeyen), sızdırmaz yapıda (içerisine veya içerisinden dışarıya hava, gaz, su veya diğer türde sıvıları geçirmeyen) ve endüstriyel veya otomotiv kategorisine girmeyen  sistemler kastedilmektedir.

Taşınabilir pilleri 3 ana gruba ayırabilmek mümkündür:

Şarj Edilmeyen Piller:  Primer (çok kullanımlı) sistemler aşağıdaki gibidir.

Şarj edilemeyen pil türleri	Pil Kesiti
Çinko – karbon (cep fenerleri, radyolar, vs.)
Alkali – mangan (radyolar, oyuncaklar, kameralar, vs.)
Lityum (uzaktan kumandalar, hesap makineleri, hafıza devreleri, vs.)

Şarj Edilebilen Piller: Sekonder (çok kullanımlı) sistemler aşağıdaki gibidir

Şarj Edilebilir Pil Türleri	Pil Kesiti
Nikel – kadmiyum (acil aydınlatma sistemleri, alarm cihazları, vs.)
Nikel – metal hidrit (telsiz telefonlar, dijital kameralar, vs.)
Lityum – iyon (cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, tabletler, dijital kameralar, vs.)
Lityum – polimer (cep telefonları, akıllı kartlar, vs.)

Düğme Piller: Çapları yüksekliklerinden büyük olan pillerdir ve bunlar genellikle şarj edilemezler.

Düğme Tipi Pil Türleri	Pil Kesiti
Gümüş – oksit (kol saatleri, hesap makineleri, kameralar, vs.)
Çinko – hava (işitme cihazları, vs.)
Lityum (fotoğraf makineleri, kol saatleri, hafıza koruma devreleri, taşınabilir bilgisayarlar, vs.)
Alkali – mangan (kol saatleri, işitme cihazları, minyatür el fenerleri, uzaktan kumanda aletleri, vs.)

Yaşadığımız dönemde birbirinden farklı özelliğe sahip bir çok pil teknolojisi bulunuyor. Ne var ki cihazlarımızın çalışabilmesi için hangi tür bataryaya ihtiyacımız olduğunun tespiti oldukça zor. Kullanım alanına yönelik olarak pillerin avantajları ve dezavantajları olabiliyor. Pil çeşitlerini iki ana kategoride toplamak mümkündür: Birinci Tip Piller, çoğunlukla bilinen tek seferlik kullanım ömrü olan “kullan-at” türünde ki pillerdir. Bu piller bittikten sonra şarj edilemezler. Üretimleri daha kolaydır. Güç tüketimi düşük olan cihazların çalıştırılmasında veya kullanımın sürekli olmadığı alarm ve haberleşme cihazlarında kullanılır. Bu tip pilleri yeniden şarj etmeye çalışmak güvenli değildir. İçinde bulundurduğu kimyasal malzeme tekrar şarj edilmeye müsait olmadığı için şarj edilmesi mümkün değildir. Üretici firmalar “Birinci Tip Pilleri” tekrar şarj etmeyi önermezler.

Birinci Tip Piller üretimde kullanılan malzemeye göre isimlendirilir:

Karbon-Çinko (Uzun Ömürlü): Üretim maliyeti bakımından en ucuz birinci tip pil çinko-asidik manganaz dioksit pilleridir. Çok düşük güçte enerji sağlarlar ancak kullanım ömürleri oldukça fazladır. Bu sebepten saatlerde veya uzaktan kumanda cihazlarında kullanılması uygundur.

Alkalin: Birinci tip batarya ailesi içinde en çok kullanılan türü çinko-alkalin manganaz dioksid pilidir. Birlikte birden fazla alkaline pil kullanıldığında oldukça yüksek güç elde edilebilir. Bu güç miktarı Karbon-Çinko’ya ve İkinci Tip Pillere göre daha fazladır. Öte yandan kullanım ömrü de oldukça iyidir.

Lityum Hücreleri: Lityum piller, geleneksel sıvı elektrolit pil sistemleri içindeki diğer pillerden daha fazla performans gösterebilmesi sebebiyle tercih edilirler. Kullanım ömürleri on yıllarca olabilir ve çok düşük sıcaklıklarda çalışabilirler. Lityum piller genellikle küçük ebatlarda üretilir (AA kalem piller boyutunda). Büyük ebatlı pilleri ise sadece askeri uygulamalar için kullanılır.

Gümüş Oksit Hücreleri: Çok yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler. Ancak kullanılan gümüşten dolayı maliyeti yüksektir. Bununla birlikte genelde küçük düğmeler boyutunda üretilir ve de kol saatlerinde, hesap makinelerinde kullanılır.

Çinko Hava Hücreleri: Sürekli çalışması gereken sistemlerde kullanılır. Sürekli çalışma süresi çok yüksektir. Bu sebeple işitme engeli olan insanların kullandığı işitme cihazları gibi cihazlarda Çinko Hava Hücrelerinin kullanımı yaygınlaşmıştır. Uzun süre kullanılabilmesi içinde ki yapıyla ilgilidir; içinde yalnızca anot malzeme bulunur. Anot malzeme katot gibi havada ki oksijeni kullanır.

İkinci Tip Piller, yeniden şarj edilebilen piller olarak da isimlendirilirler. Enerjinin bitmesi halinde aktif malzeme katılarak oluşturulurlar. Bu pillere elektrik akımı uygulayarak içinde ki kimyasal malzemeyi şarj etmek mümkündür. Tekrar şarj edebilmek kullanılan cihaz, “Şarj Cihazı” olarak isimlendirilir.

İkinci Tip Piller üretimde kullanılan malzemeye göre isimlendirilir:

Şarj edilebilir Alkaline: Üretim maliyeti en düşük olan şarj edilebilen pildir. Uzun ömürlü olup orta seviye güç gerektiren uygulamalarda kullanılır. Tekrar şarj edilebilme sayısı diğer şarj edilebilir pillere göre daha azdır. Kullanım popüleritesi bakımından en fazla tercih edilen şarj edilebilir pildir. Her hangi bir toksik madde içermediği için çevreye zararı bulunmamaktır ve imhası kolaydır.

Nikel-Kadmiyum: Yapı olarak sağlam ve kullanımı güvenlidir. Yüksek güç kapasitesine sahiptir ve çalışması için gerekli ortam sıcaklığı geniş bir aralığı kapsar. Kullanım ömrü yüksek olmasına rağmen aktif kullanım süresi kısadır ve sıklıkla şarj etme ihtiyacı ortaya çıkar. Kendi kendine güç boşalması yaşanır ve boşalma miktarı aylık olarak %30 civarındadır. Önemli bir noktası da şudur ki, %15 oranında toksik malzeme içerir ve kanserojen kadmiyum bulundurur. Bu sebepten imha edilmesi tehlikeli olabilir. Geri dönüşüm yoluyla ortadan kaldırılabilir.

Nikel-Metal Hidrit: NiMH piller NiCd pilleri ile aynı voltajı üretirler, ancak kapasiteleri %30 daha fazladır. Yüksek akım verebilirler ve kullanım ömürleri uzundur. Kendi kendine güç boşalması olmakta ve NiCd ‘ye göre aylık %40 daha fazla boşalma söz konusudur. NiMH toksik kadmiyum içermez. Ancak yüksek miktarda nikel oksit ve biraz kobalt içerir ve bu maddeler kanserojendir. Geri dönüşüm yapılmalıdır.

Lityum-İyon: Şarj edilebilir pil teknolojileri içinde geliştirilmiş olan en son ki buluştur. NiMH’ ye göre en az %30 daha hafif ve en az %40 daha fazla kapasiteye sahiptir. Yüksek akım sağlayabilen bu tür aynı zamanda uzun ömürlüdür. Kendi kendine boşalma miktarı NiMH’ ye göre aylık %20 daha düşüktür. Aşırı ısı pile zarar verebilir ve yangın çıkabilir. Li-Ion hücreler toksik kadmiyum içermez. Ancak bir miktar kobalt veya nikel oksit içerebilir ve bu maddeler kanserojendir. Geri dönüşüm uygulanmalıdır.

Kurşun Asit: İkinci tip pillerin dünyada en çok bilinen türüdür. Pilin üretimi, imalatının işlem süreçleri denenmiş olup ekonomik ve güvenilir olduğu belirlenmiştir. Ancak pil ağırdır ve kullanıcı uygulamaları için kullanımı kolay değildir. Kurşun bir toksik maddedir ve kanserojen maddeler içerir. Kurşun-Asit pillerinin geri dönüşümü oldukça yüksektir. Geri dönüşüm oranı %93 oranındadır ve bu büyük bir başarıdır.

Birinci Tip Piller uzun süre kullanımlı, tek kullanımlık pillerdir. İyi performans verirler. Alkalin piller markaları farketmeksizin benzer performans gösterirler. Şarj edilebilir Alkalin piller, alkalin hücrelerinin uzun ömürlü olması için devrim niteliğinde bir teknoloji kullanır, ancak tekrar kullanım miktarı 25 kez veya biraz daha fazladır. Şarj edilebilir pil kullanmak, sıklıkla kullandığınız bir çok elektronik devre için daha elverişlidir çünkü alkalin piller her şarj edilmeden sonra daha uzun süre kullanılabilir. Şarj edilebilen alkalin piller, eski şarj edilebilir NiCd pillere göre çok daha kullanışlıdır.

Tek kullanımlık pil kullanmak yerine şarj edilebilir pil kullanmak, mali tasarruf açıdan çok karlıdır. Nikel-Metal Hidrit piller günümüzün güç ihtiyacı olan bir çok yüksek teknolojik ürüne cevap vermektedir; dijital kameralar, elde taşınır TVler, çift yollu radyolar ve personel organizatörlerinin kullandığı haberleşme cihazları gibi. NiMH piller dijital kameralarda alkalinden 3 kat daha uzun süre kullanılabilir. NiMH yüzlerce kez tekrar şarj edilebilir, tasarruf miktarı çok yüksek olur. Karbon-Çinko piller elektrik motoru çalıştırmak gibi görevlerden ziyade daha düşük güç isteyen ve sürekli enerji beslemesi istemeyen devrelerde, radyolar, uzaktan kumandalar, yangın alarmları ve saatlede kullanılabilir. Bu tür düşük enerji ihtiyacı olan cihazlarda Karbon-Çinko pillerin kullanımı düşük maliyetli olmuş olur. Ancak uzun sürecek uygulamalarda şarj edilebilir pil kullanımı daha uygun çözüm sunabilir ve maliyeti de daha düşük olur.

Çoğu pil enerjiyi uzun süre içinde tutabilir, Karbon-Çinko piller uygun sıcaklıkta saklandığında 4 yıl boyunca enerjinin %80’ ini tutmaya devam edebilir. Tek kullanımlık Alkalin pil ve şarj edilebilir piller 7 yıl boyunca enerjinin %80’ ini saklayabilirler. Bunların aksine NiMH enerjisini çok hızlı bir şekilde boşaltabilir. 1 ay içinde kapasitesinin %40’ını deşarj eder. Bu sebepten dolayı uzun süre sonra bir NiMH pil kullanılmak istenirse şarj edilmek zorundadır.