Şarj Edilebilir Pil

Şarj edilebilir pil, elektrik akımını deşarj akımının ters yönünde sürerek şarj edilebilen pildir. Şarj edilebilir pil, ikincil pil olarak da bilinir. Şarj edilebilir pil, deşarj / kullanım sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyonları tersine çeviren elektrik akımı uygulanarak şarj edilir. Uygun akımı sağlayan cihazlara şarj cihazı denir.

Şarj edilebilir pilin en eski şekli, otomotiv ve tekne uygulamalarında yaygın olarak kullanılan kurşun – asit pilidir. Birincil hücreler daha iyi enerji depolama kapasitesine sahiptir, ancak ikincil hücreler birincil hücrelere kıyasla daha iyi güç çıkış özelliklerine sahiptir ve yüksek güçlü uygulamalar için kullanılır. Şarj edilebilir piller genellikle daha pahalıdır, ancak yüksek drenajlı uygulamalarda, yeniden kullanılabildikleri için daha fazla değer sunarlar. Düşük drenajlı uygulamalarda, hizmet ömrü daha önemlidir ve şarj edilebilir bir pilin kendi kendine deşarj özellikleri, birincil enerji kaynağı olarak kullanım için daha az uygun oldukları anlamına gelir.

Şarj edilebilir piller, arabalarda ve diğer motorlu taşıtlarda kurşun asit akülerden, dijital kameralara, dizüstü bilgisayarlara ve diğer elektronik cihazlarımıza güç sağlayan malzemelerdir. Şarj edilebilir pillerin çeşitleri vardır.

  • Lityum İyon Pil: Li-ion pil olarak da bilinen bu pil, şarj sırasında, lityum iyonlarının anottan, bir elektrolitten katoda geçtiği hücrelerden oluşan bir tür şarj edilebilir pildir. Li-ion piller, genel olarak, yüksek enerji yoğunluğuna, bellek etkisine ve düşük kendi kendine boşalmaya sahiptir. En yaygın hücre türlerinden biri, birçok dizüstü bilgisayar pilinde, kablosuz elektrikli el aletlerinde, bazı elektrikli arabalarda, elektrikli scooterlarda ve çoğu e-bisiklette kullanılan 18650 pil adlı bu pil türüdür. Taşınabilir güç bankaları ve LED el fenerlerindeki nominal voltaj 3,7 V’dir.
  • NiMH Pil: Nikel-metal hidrür pil, nikel hidroksitten yapılmış pozitif bir elektroda ve metal bir hidrürden (hidrojen emici bir alaşım) yapılmış negatif bir elektroda sahip şarj edilebilir bir pildir. NiMH pil ticari olarak 1989 yılında piyasaya sürüldü ve çoğunlukla taşınabilir kişisel bilgisayarlarda güç kaynağı olarak kullanıldı. O zamandan beri, NiMH pil sistemi elektrikli hibrit araçlarda çok popüler hale geldi. Bu pil türü, şarj edilebilir pillerin toplam pazarının %10’unu oluşturuyor. NiCd pil ile karşılaştırıldığında, %40 daha yüksek özgül enerji sağlar. Bu da yaklaşık iki kat daha yüksek kapasite demektir. NiMH piller, bellek efektinden daha az etkilenir.
  • Ni-Cd Pil: Nikel-kadmiyum pil, katot olarak nikel oksit hidroksit Ni (O) (OH) ve anot olarak metalik kadmiyum kullanan bir tür şarj edilebilir pildir. Ni-Cd küsaltması, nikel (Ni) ve kadmiyumun (Cd) kimyasal sembollerinden türetilmiştir. Pilin iç empedansı düşüktür. Bu da diğer pil sistemleriyle karşılaştırıldığında yüksek güç kapasitesi sağlar, ancak daha düşük enerji depolama kapasitesine sahiptir. Uzun çevrim ömrüne ve hızlı şarj özelliğine sahiptir, fakat voltaj düşüşü veya hafıza etkisi yaşayabilir.
  • Kurşun-Asit Akü: Kurşun asitli aküler, sızdırmaz bir kapta sıvı elektrolit içerir. Bu durum, aşırı şarj sırasında ürettiği hidrojen gazının güvenli bir şekilde dağılmasını sağlamak için akünün dik tutulmasını ve alanın iyi havalandırılmasını gerektirir. Kurşun-asit akü, sağlayabileceği elektrik enerjisi miktarına göre nispeten ağırdır. Düşük üretim maliyeti ve yüksek dalgalanma akım seviyeleri, kapasitesinin (yaklaşık 10 Ah’nin üzerinde) ağırlık ve taşıma sorunlarından daha önemli olduğu yerlerde yaygın olarak kullanılmasına neden olur. Yaygın olarak kullanıldığı uygulama, genel olarak 450 amperlik bir tepe akımı sağlayabilen modern araç aküsüdür.

Şarj Edilebilir Pil Nasıl Çalışır?

Basit bir ifadeyle, her pil, bir reaksiyonu önlemek için katot ve anodu ayrı tutacak şekilde tasarlanmıştır. Depolanan elektronlar yalnızca devre kapalıyken akacaktır. Bu, pil bir cihaza yerleştirildiğinde ve cihaz açıldığında olur. Önce bu konuya göz atıp ardından şarj edilebilir pillerin çalışma prensibi konusunu inceleyeceğiz.

Devre kapatıldığında, katot tarafından elektronlar için daha güçlü çekim oluşur. Elektronlar, anottan devredeki tel aracılığıyla katot tarafına geçer. Bu pil kimyasal reaksiyonu, telden geçen bu elektron akışı, elektriktir.

Detaya inecek olursak piller kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çevirir. Kimyasal enerji, örneğin, geçiş metallerinin aksine d-elektron bağı ile stabilize edilmedikleri için yüksek enerjili metaller olan Zn veya Li’de depolanabilir. Lityum metal en hafif metaldir ve yüksek özgül kapasiteye (3,86 Ah/g) ve son derece düşük elektrot potansiyeline (standart hidrojen elektroduna karşı −3,04 V) sahiptir. Bu nedenle lityum, yüksek voltajlı ve yüksek enerjili piller için ideal bir anot malzemesidir.

Deşarj sırasında lityum, aşağıdaki reaksiyon yoluyla lityum-grafit anotta Li’den Li+’ya (0 ila +1 oksidasyon durumu) oksitlenir:

C6Li → 6C (grafit) + Li+ + e

Bu lityum iyonları, elektrolit ortamından katoda göç eder ve burada aşağıdaki reaksiyon yoluyla lityum kobalt okside dahil edilirler, bu da kobaltı +4’ten +3’e düşürür oksidasyon durumu:

CoO2 (s) + Li+ + e– → LiCoO2 (s)

Tam reaksiyon (soldan sağa = deşarj, sağdan sola = şarj):

C6Li + CoO2 ⇄ C6 + LiCoO2

Bu reaksiyonlar, hücreyi yeniden şarj etmek için tersine çalıştırılabilir. Bu durumda, lityum iyonları lityum kobalt oksit katottan ayrılır. Nötr lityuma indirgendikleri ve grafit ağına yeniden dahil edildikleri anoda geri göç eder.

Piller kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür. Kimyasal enerji, örneğin, geçiş metallerinin aksine d-elektron bağı ile stabilize edilmedikleri için yüksek enerjili metaller olan Zn veya Li’de depolanabilir.

Farklı malzeme kombinasyonlarına sahip çok çeşitli pil türleri mevcut olsa da hepsi aynı oksidasyon-indirgeme reaksiyonu prensibini kullanır. Elektrokimyasal bir hücrede, iyonik iletken ve elektriksel olarak yalıtılmış bir madde olan bir elektrolit ile ayrılmış iki elektrotta kendiliğinden redoks reaksiyonları gerçekleşir. Redoks reaksiyonu, ilgili atomların oksidasyon durumlarında bir değişiklik üreten kimyasal bir reaksiyondur. Elektronlar bir elementten diğerine aktarılır. Sonuç olarak, anot olan donör element oksitlenir (elektron kaybeder) ve alıcı eleman olan katot indirgenir (elektron kazanır).

Örneğin, lityum-iyon hücre, farklı malzemelerden oluşan iki elektrottan oluşur. Katot kompozit malzemeden yapılmıştır ve Li-ion pil hücresinin adını tanımlar. Katot malzemeleri genellikle LiCoO’dan yapılır2 veya LiMn2O4. Anot malzemeleri geleneksel olarak grafit ve diğer karbon malzemelerden yapılır. Grafit, düşük voltajı ve mükemmel performansı nedeniyle baskın malzemedir. Elektrolit sıvı, polimer (elektrolit olarak bir polimer jel ile) veya katı olabilir. Ayırıcı, lityum iyonlarının taşınmasını sağlamak için gözeneklidir ve hücrenin kısa devre yapmasını ve termal kaçağı önler.

Şarj işlemi sırasında, Li+ iyonları Li içeren anottan hareket eder ve elektrolite batırılmış ayırıcıdan geçer ve son olarak anot konak yapısına interkalasyon yapar. Sonuç olarak, elektronlar dış devreden ters yönde geçer.

Deşarj sırasında, elektronlar harici devre yoluyla negatif elektrottan (anot) pozitif elektrota (katot) doğru akar. Deşarj sırasındaki reaksiyonlar hücrenin kimyasal potansiyelini düşürür, bu nedenle deşarj, hücreden elektrik akımının enerjisini dağıttığı yere, çoğunlukla dış devrede enerji aktarır. Şarj sırasında, bu reaksiyonlar ve taşımalar ters yönde gider.

Şarj Edilebilir Pillerin Avantajları

Şarj edilebilir pillerin en önemli avantajı, boşaldıktan sonra yeniden şarj edilebilmeleridir. Bu nedenle, şarj edilebilir piller, birincil pillerden daha çevre dostudur. Sadece tekrar tekrar kullanılmakla kalmazlar, aynı zamanda uzun vadede daha az atık üretirler. Bu, özellikle yüksek oranda tüketen yoğun güç tüketen cihazlar için önemlidir.

Şarj edilebilir pillerin avantajlarından bir diğeri de yüksek C oranıdır. Şarj edilebilir hücreler, birincil hücrelere kıyasla daha iyi güç çıkışı özelliklerine sahiptir ve yüksek güçlü uygulamalar için kullanılır.

Şarj Edilebilir Pillerin Dezavantajları

Pil fiyatı, cihazınız veya uygulamalarınız için doğru şarj edilebilir pili seçmede zorlu faktörlerden biridir. Alıcının kararını büyük ölçüde etkiler. Şarj edilebilir piller, birincil muadillerine göre daha yüksek başlangıç maliyetlerine sahiptir.

Şarj edilebilir pillerin dezavantajlarından bir diğeri de kendi kendine deşarj olmalarıdır. Düşük enerji tüketen uygulamalarda, hizmet ömrü daha önemlidir. Şarj edilebilir pilin kendi kendine deşarj özellikleri, birincil enerji kaynağı olarak kullanım için daha az uygun oldukları anlamına gelir.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here