Bataryalar ve Piller -2. Bölüm |
ElektrikPort Akademi

Nikel çinko piller

Şarj edilebilen nikel çinko piller ilk olarak 1899 yılında icat edilmiştir. Enerji yoğunlukları 70 Wh/kg ve güç yoğunluğu 150 W/kg'dır. Nikel çinko pillerin geniş bir çalışma sıcaklığı toleransı vardır (-390Cile +810C arası). Yüksek güç ve enerji yoğunluğu sayesinde elektrikli araçlarda kullanılmaya başlanılmıştır. 

Türkiye'de üretilen üç tekerlekli iki kişilik elektrikli araba Mart 2011'de Cenevre Otomobil Fuarı'nda vitrine çıktı. Şehir içi ulaşım düşünülerek tasarlanmış bu araç iki kişilik oturma kapasitesine sahip olup 110 km hız yapabiliyor ve menzili ise 120 km. Satışa sunulması planlanan bu aracın fiyatının ise 8 bin Euro civarında olması hedefleniyor. Fakat bataryanın bu fiyatın dışında tutulduğunu belirten Firma, bataryayı ise aylık olarak cüzi bir fiyatla kiralayacaklarını belirtiyor. Bu araçta bilinenin aksine lityum iyon bataryanın yerine 6 yılı aşkın süredir kullanılan nikel çinko batarya kullanıldı. Nikel çinko bataryayı tercih etme sebepleri; lityum iyon bataryalarının maliyetinin yüksek olması ve bu yüzdende üretilen araçların vergi desteği sağlanamadan satılamayacağı. Bir başka sebep ise lityum rezervinin büyük çoğunluğunun Çin, Afganistan, Şili, Brezilya, Bolivya ülkelerinde ve özellikle Çin'de bulunuyor olması. 
 

 

Pekin'den verilen bir habere göre Çin bir grup element için stratejik rezerv kurmayı planlamakta ve bu elementler arasında lityumda bulunuyor. Çin lityum elementinin öneminin farkında ve son yıllarda lityum elementinin fiyatını arttırıp ihraç ettiği miktarı ise giderek azaltmaktadır. Yani lityum hem hammadde hem de teknoloji olarak Çin'in kontrolünde gibi görünüyor. Elektrikli otomobillerde de Çin'in kontrolü ele geçirme tehlikesinin bulunması Firmayı nikel çinko bataryaya yönelten sebepler arasında yer alıyor.

Firma sahibi bir demecinde nikel çinko bataryaların, lityum iyon bataryalara göre %50 daha ucuz ve %80 geri dönüşümlü olduğunu belirtirken bu bataryaların 5 yıl içinde lityum iyon bataryalardan daha popüler olacağını söyledi. 

Sodyum sülfür bataryalar

1960'lı yıllarda Ford Araştırma Laboratuarı'nda elektrikli taşıtlar için gerekli enerji ve güç yoğunluğunu sağlamak için geliştirildi. Ve birçok Avrupa, Amerika, Japon şirketinde ticari prototiplerde kullanılmaktadır. Kurşun asit bataryalara göre dört kat daha fazla enerji depolayabilmeleri kullanımlarını yaygınlaştırmıştır. 

Sodyum sülfür bataryasında sodyum erimiş halde seramik elektrolit kaplar içerisinde bulunur. Sülfür bloklar seramik kaplar etrafına yerleştirilir ve bütün sistem alüminyum kap içerisine yerleştirilip ısı yalıtımı yapılır. Erimiş sülfür pozitif elektrot,  sodyum ise negatif elektrot görevini yapar. Şimdiki piller gibi dizayn edilen bu batarya çok sayıda seri ve paralel bağlanarak taşıtı tahrik için gerekli enerji elde edilir. Bataryanın kullanımı sırasında sodyum iyonları, sülfüre doğru hareket ederek sodyum sülfatı oluşturur. Bu esnada da açığa çıkan elektronlar sayesinde elektrik üretilir. Böylece iyonlar elektrolitten geçerken herhangi bir dirençle karşılaşmaz ve sodyum sülfatın erimiş halde bulunmasını sağlar. 
 

 

Sodyum sülfür bataryaları 110 Wh/kg gibi yüksek enerji yoğunluğu ile 150 W/kg gibi güç yoğunluğu sağlamaktadır. Bataryanın çalışma sıcaklığı ise 350 - 3800C'dir. 2000C'nin altında çalışması durur. Bu sıcaklığın altında sodyum elektrolit donmaktadır. Sodyumun donması reaksiyonu yavaşlatarak mekanik gerilmelere yol açar ve bataryaya zarar verir. Çalışma sıcaklığının belirlenebilmesi için akü ısıtıcısına ihtiyaç duyulur. Kolay bakım yapılabilmesi ve sıcaklığının tehlike yaratmaması için yalıtımının iyi yapılması gerekir. 

Sodyum sülfür bataryasının şarj süresi 4-5 saattir. Ömürleri kurşun asit bataryasının ömründen daha fazladır. Bu bataryanın yapısında kullanılan maddeler sağlığa zararlıdır.  

Çinko karbon piller

Çinko karbon piller zayıf akım üreten uygulamalarda kullanılır. Çocuk oyuncakları, duvar saatleri, TV kumandaları, cep radyoları vs. 

Çinko karbon pillerde eksi kutbu teşkil eden dış gövde çinkodan yapılmıştır (çünkü çinko elektrokimyasal özellikli ve ekonomiktir). Artı kutup ise, karbon esaslı gözenekli kömür çubuk ve mangandioksitten oluşmuştur. Uzun yıllar elektrolit olarak amonyum klorür/çinko oksit karışımı kullanılmış, daha sonra çinko klorür teknolojisine geçilmiştir. 

Bu pillerin nominal gerilimleri 1,5 volt ve ortalama deşarj gerilimleri 1,2 volttur. Kendiliğinden deşarj oranları oldukça düşüktür. Bu da zayıf akım çeken uygulamalarında kullanılma sebebidir. -10 °C sıcaklığın altında ve +45°C sıcaklığının üzerinde çalışma verimleri azalır. 

Çinko karbon piller genelde ''Heavy Duty'', ''General Purpose', 'Extra Heavy Duty' gibi isimler altında satılmaktadır. Bu pillerin ucuz olması ve üretim teknolojilerinin biraz daha kolay olması kullanım alanlarını genişletmesini sağladı. Ancak teknolojinin her geçen gün gelişiyor. Yeni teknoloji ile üretilen cihazlar ise yüksek kapasite istiyor olması bu pillerin piyasadan kalkmasına sebep olacak gibi görünüyor. 
 

 

Bu pilde sağlığa zararlı maddeler bulunuyor. Çinko karbon piller çok fazla sızıntı yapar ve pilden sızan amonyum klorür göze temas ettiğinde ciddi sulanmaya neden olur. 

Gülnaz ATEŞ

____________________________________

Kaynaklar: 

http://cygm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/motorlu_araclar/moduller/alternatif_motorlar_ve_yakitlar.pdf

http://www.cygm.gov.tr/CYGM/Files/yayinlar/kitap/pilaku.pdf

http://tez.sdu.edu.tr/Tezler/TF01284.pdf

http://www.bilimania.com/haber/125/nadir-elementler-icin-ticari-savas

Hürriyet

Sabah

TÜBİTAK MARMARA ARAŞTIRMA MERKEZİ ELEKTRİKLİ ARAÇLAR