Batarya ve Piller 1. Bölüm |
ElektrikPort Akademi

Bataryalar, elektrokimyasal enerjiyi depolar ve devrelerine üreteç bağlandığında bu enerjiyi tekrar elektrik enerjisine dönüştürerek geri verir. Yapısında kullanılan kimyasalların çeşidine göre farklı batarya türleri vardır. Bu yazımızda kurşun asit bataryalar, nikel kadmiyum piller ve nikel metal hidrür bataryalardan bahsedeceğiz.

A- A+

25.07.2015 tarihli yazı 52371 kez okunmuştur.

Batarya Pil Akü Elektronik ElektrikPort Akademi

Kurşun Asit Bataryalar

Özellikle son yıllarda Ni-Cd, Ni-MH ve Li-On pillerin kullanımı yaygın olmasına rağmen, yüksek sığalı olmaları ve buna karşılık ucuz bir akım kaynağı olarak kurşun - asit bataryalar kullanılmaya devam ediyor.

Kurşun-asit bataryalarda hücrenin anodu kurşundan, katot kısmı ise bir metal levha üzerine oturtulmuş kurşundioksitten yapılmıştır. Her batarya birkaç bağımsız hücreden yapılmış olup, her hücrenin gerilimi 2 volttur. Bunların da çoğu 3 veya 6 hücreli olup, batarya gerilimleri 6 volt ya da 12 volt'tur. Çoğu gemi, batarya grubu olarak 12 volt veya 24 volt'u kullanırlar. Pil büyüklüğünün önemli olmadığı ortamlar için ekonomik bir pil türüdür. Tıbbi cihazlarda, engellilerin kullandığı motorlu sandelyeler, acil durum ışıldakları, kesintisiz güç kaynaklarında, motorsikletlerde ve arabalarda kullanılır.

Şekil 1: Kurşun - Asit Batarya Diyagramı

►İlginizi Çekebilir: Pilin Mucidi | Alessandro Volta

Kurşun-asit bataryaları düşük çevre sıcaklıklarından çok fazla etkilenmektedir. 10Â°C'nin altındaki çalışma şartlarında enerji ve güç yoğunluğunda belirgin bir düşüş gözlenir. Bu bataryaları kullanan elektrikli araçların daha düşük ortam sıcaklıklarına maruz kaldıklarında yardımcı bir batarya ısıtmasına ve izolasyonuna ihtiyaç duyarlar.

Elektrikli araçlar için maliyet açısından bir değerlendirme yapılırsa enerji depolama konusunda en uygun batarya teknolojisinin kurşun asit olduğu ifade edilmekte. Fakat kurşun asit bataryaların aracın menzilini doğrudan etkileyen enerji yoğunluğu oldukça düşüktür. Bu bataryalar uzun bir gelişme süreci geçirmiş olmalarına rağmen 25-35 Wh/kg gibi düşük bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Buna karşılık güç yoğunluğu 150 W/kg gibi oldukça yüksek bir değerdir. Kullanım ömürleri ise yaklaşık 3 yıldır.

Nikel - Kadmiyum Bataryalar

Nikel kadmiyum (Ni-Cd) batarya; pozitif nikel elektrot, negatif kadmiyum elektrot ve sulu elektrolit olarak potasyum hidroksitten oluşmuştur. Nikel kadmiyum bataryalar ile kurşun asit bataryalar kıyaslandığında, nikel kadmiyum bataryaların birim ağırlık başına depoladığı enerji miktarı kurşun asit bataryalardan bir miktar daha fazladır. Bu bataryaların enerji yoğunluğu 50 Wh/kg ve güç yoğunluğu 200W/kg'dır. Şarjlı halde 1.44 volt maximum voltaja sahiptir. Boş halde ise 1.2 voltta tutulmalıdır. Bu bataryaların verimli kullanılabilmesi için 1.1 volt geriliminde tekrar şarj edilmeleri gerekir. Bunun yapılması için de özel düzenekleri mevcuttur.

Şekil 2: Nikel - Kadmiyum Batarya Diyagramı

►İlginizi Çekebilir: Battery İçin B | ElektrikPort Çocuklar İçin Elektronik Eğitimi

Nikel-kadmiyum bataryalar sarsıntılara karşı oldukça dayanıklı cihazlardır. Ancak bir model uçak, tekne veya otomobilde meydana gelecek aşırı sarsıntı ve titreşimler bataryayı hasara uğratabilir. Aşırı sarsıntı özellikle bataryaya bağlı tellerin lehimlerinden kopmasına neden olabilir. Aynı zamanda bataryanın içinde pilleri birbirine bağlayan kaynak noktalarının da kopması mümkündür. Bu gibi kötü sonuçlardan bataryaları korumak için titreşimleri yutacak yumuşak bir sünger muhafaza içinde modelin uygun yerine (mümkünse ağırlık merkezine yakın) oynayıp kaymayacak şekilde yerleştirilir. Bataryanın muhtemel bir yakıt sızıntısından kötü etkilenmemesi için ise sünger muhafaza ile birlikte bir plastik torba içine konması da çok iyi bir tedbirdir.

Yüksek sayıda şarj ve deşarj oranları, yüksek akım değeri gibi özellikler istendiğinde aranan bir batarya çeşididir. Bu özelliklere sahip olduğundan elektrikli araçlarda da kullanılabilir. Ni-Cd batarya Avrupa'da elektrikli taşıt pazarında en donanımlı bataryadır. Genellikle mobil telsizlerde, elektrikli aletler, tıbbi cihazlar da kullanılır.

Ni-Cd bataryalar yapısında zararlı toksikler bulundurur. Ve geri dönüşümü doğru yapılmadığı zaman çevreye ciddi zararlar verir. Bundan dolayı Ni-Cd bataryaların üretim tesislerinde maliyeti arttıran su ve hava arıtma sistemi kullanılması zorunlu hale getirilmiştir. Çevre kirlenmesine verilen önemin artmasıyla birlikte bu bataryaların kullanılması da durdurulmuştur. 1990 yılından itibaren kadmiyum maddesi yerine hidrojenin bir alaşımı kullanılarak nikel metal hidrür batarya geliştirildi.

Nikel - Metal Hidrür Bataryalar

Nikel-metal hidrür bataryaların yapısının biraz karmaşık olduğu söylenebilir. Yapısında titanyum, nikel, kobalt, manganez, alüminyum, zirkonyum, krom ve demir gibi bileşikler bulundurur. Nikel metal hidrür (NiMH) batarya, metal hidrür karışımı olan negatif elektrot, potasyum hidroksit elektroliti ve de aktif malzemesi nikel hidroksit olan pozitif elektrottan oluşmaktadır.

Şekil 3: Nikel - Metal Hidrür Batarya Diyagramı

NiMH bataryalar Ni-Cd bataryalara göre daha yüksek enerji yoğunluklarına ulaşarak verimlerini 2-3 kat arttırmaları ve toksik madde içermemeleri birçok elektrikli araç uygulamasında Ni-Cd bataryanın yerini almasını sağlamıştır ve kullanım alanlarını genişletmiştir. Ancak yapı olarak Ni-Cd bataryaları ile hemen hemen aynıdır. NiMH bataryaların dezavantajları olarak ise diğer bataryalara nazaran daha pahalı olması (kurşun asit bataryanın fiyatının 5 katı kadar) ve boşta kaldıklarında kendi kendine deşarj olmalarıdır. (Ni-Cd bataryaların %50'si kadar daha hızlı deşarj olurlar). Bu bataryaların kullanım yerleri olarak, cep telefonları, dizüstü bilgisayar bataryaları, fotoğraf makineleri ve oyuncaklar sayılabilir.

NiMH bataryalar Ni-Cd bataryalardan %30-40 daha fazla kapasiteye sahiptirler. NiMH bataryası 70 Wh/kg'dan fazla enerji yoğunluğuna ve 200 W/kg'dan daha fazla güç yoğunluğuna sahiptir. (Yeni modelleri 9000mAh enerji depolayabilir.) Batarya %80 derin deşarj durumunda 600'ün üzerinde tam şarj deşarj çevrimine sahiptir.Ve hızlı bir şekilde %80 şarj olması yaklaşık olarak 35 dakikadır.

Yüksek bakım kristalleşmeyi önleyebilmek için NiMH bataryalar da belirli süreler içinde deşarj edilmeli. Ni-Cd bataryalar için bu süre ayda bir, NiMH bataryalar için de üç ayda birdir. NiMH bataryaların çevre dostu olduğu söylenebilir.Çok az zehirli madde içerirler ve geri dönüşümleri kolaydır.

Kaynak:

►CYGM

►Motor teknolojisi - M. Hakan Yıldırım - TÜBİTAK MAM ELEKTRİKLİ ARAÇLAR