Pil Nedir? (*)

Pil, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren bir elektronik aygıttır. Bir pil, anot (- uç) ve katot (+ uç) olmak üzere iki terminale sahiptir. Eksi olarak işaretlenmiş terminal, elektron kaynağıdır ve elektrik enerjisi kullanan bir cihaza bağlandığında elektronları sağlayan terminal olarak görev yapar. Pilin içerisinde yer alan elektrolitlerin iyonları hareket ederek kimyasal tepkime gerçekleştirir ve böylece enerji oluşur.

Birden fazla hücreden meydana gelen yapılar da pil olarak adlandırılabilir, ancak genellikle bu yapılara “batarya” denir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, pil hücrelerinden daha fazla enerji elde etmek mümkün hale gelmiştir, bu da daha az hücreyle daha yüksek enerji üretimini mümkün kılar.

Tek kullanımlık piller, yalnızca bir kez kullanılabilir ve ömürleri tükendiğinde atılır. Bu tür pillerde yer alan elektrodlar, kimyasal tepkimeler sonucu geri dönüşü olmayacak şekilde değişime uğrarlar ve bu nedenle tekrar şarj edilemezler. Alkalin ve çinko-karbon temelli piller, en bilinen tek kullanımlık pil örnekleridir. Çinko-karbon pillerin iç yapısı, bu tür pillerin çalışma prensibini anlamak için önemlidir.

Şarj edilebilir piller ise kullanıldıktan sonra ters elektrik akımı ile kimyasal tepkimenin geriye çevrilebildiği pillerdir ve bu sayede yeniden kullanılabilirler. Otomobillerde kullanılan kurşun-asit aküler, cep telefonları, taşınabilir bilgisayarlar ve elektrikli otomobillerde kullanılan lityum piller gibi birçok pil çeşidi, şarj edilebilir pil çeşitlerindendir. Ayrıca, genel kullanım amaçlı AA ve AAA gibi boyutlarda üretilen nikel bazlı piller de şarj edilebilir pil çeşitleri arasında yer alır.

Pil Çeşitleri

Pil çeşitleri, boyutlarına, kimyalarına, şarj edilebilirliklerine ve kullanım alanlarına göre kategorize edilebilir. Pil çeşitleri arasında, şarj edilebilir ve şarj edilemez piller, yapıları gereği farklı kimyalara sahiptir.

• Şarj edilemeyen pil çeşitleri arasında en çok bilinenler alkalin ve çinko-karbon pilleridir. Şarj edilebilir pil çeşitleri ise nikel-kadmiyum, nikel-metal hidrit, kurşun-asit, lityum polimer (Li-Po) ve lityum iyon (Li-Ion) piller olarak karşımıza çıkar.

Boyutlarına göre pilleri kategorize ettiğimizde ise;

• AA ve AAA kalem piller,
• Daha fazla kapasite sunan ve yine kalem pil biçimini koruyan C ve D boy piller,
• 9V piller,
• 4.5V yassı piller (günümüzde popülerliğini yitirmişlerdir),
• CR2032, LR44 
• Taşınabilir bilgisayarlar ve elektrikli otomobillerde tercih edilen 18650 lityum bataryalar

gibi pilleri sıkça görürüz. Bunun yanı sıra lityum polimer bataryaların belirli bir cihaza göre üretilme zorunluluğu bulunmadığı için piyasadaki cep telefonları, uzaktan kumandalı araçlar, bilgisayarlar gibi cihazların her marka ve modeline göre özel boyutlarda üretilebilmeleri mümkündür.

Kullanım alanlarına göre;

• Günlük elektronik cihazlarımızda AA/AAA kalem piller ve 9V piller
• Taşınabilir bilgisayarlarımızın bataryalarının içinde yer alan 18650 lityum hücreler,
• RTC devreleri (gerçek zamanlı saat) ve düşük güç tüketen uzaktan kumanda gibi cihazlarda kullanılan CR2032 gibi saat pilleri,
• Cep telefonları, RC araçlar ve dahili şarj edilebilir pile sahip elektronik cihazlarda kullanılan Li-Po ve Li-Ion hücreler

olarak pilleri görmekteyiz.

Lityum İyon Pil Nedir? (*)

Lityum iyon pil, şarj edilebilir bir pil çeşididir. Şarj edilemeyen lityum bataryalardan daha farklı bir kimyasal yapıya sahiptir.

Lityum iyon bataryalar hacimlerine göre yüksek enerji verimliliği sunmaları, uzun ömürleri, hafıza etkisine sahip olmamaları (tam bitirmeden şarj edilebilmesi) ve yüksek deşarj kabiliyetleri sayesinde diğer şarj edilebilir pillerden çok daha avantajlıdır.

Uzaktan kumandalı araçlar ve robotik projelerimizde kullanılan lityum polimer (LiPo) bataryalar, lityum-iyon bataryalar ile çok büyük oranda benzerlik gösterirler.

18650 Pil Nedir?

18650, lityum-iyon pillerin piyasada sıkça bulunduğu şekle verilen isimdir. 18mm çapında ve 65mm yüksekliğinde bir kalem pil şekline sahiptir.

Cep telefonlarımızı şarj etmede kullandığımız powerbank cihazları, dizüstü bilgisayar bataryaları, elektrikli otomobiller, elektronik sigaralar, şarjlı el aletleri ve el fenerleri gibi küçük ve büyük birçok sayıda ve çeşitte cihazlarda kullanılırlar.

Farklı akım ve kapasite değerlerine sahip birçok 18650 lityum pil piyasada bulunmaktadır. Sony, LG, Samsung gibi kaliteli markalar da bu tip bataryalar üretmektedir.

Bu bataryalar genellikle 1800-2500 mAh gibi kapasitelere sahiptir. 6000 mAh gibi oldukça iddialı kapasite değerlerine sahip çok bilinmeyen markalı 18650 bataryalar ise malesef bu değeri çoğunlukla karşılayamamaktadır.

Lityum Polimer (Li-po) Pil Nedir?

Lityum-Polimer (LiPo) bataryalar, lityum-iyon bataryaların kullandığı sıvı elektrot yerine polimer tipinde elektrot kullanan şarj edilebilir bataryalardır. Diğer lityum batarya çeşitlerine göre birim hacim başına daha yüksek enerji yoğunluğu sunarlar.

Lityum polimer bataryalar, istenilen tüm şekillerde üretilebilirler. Böylelikle cep telefonu, ultrabook bilgisayarlar gibi yer ve boyut sıkıntısı yaşanabilecek cihazlarda kolayca kullanılabilecek şekilde tasarımlar mümkündür.

LiPo bataryalar 3.7V (tam dolu iken 4.2V) gerilime sahip hücrelerin seri veya paralel bağlanması ile kapasiteleri ve gerilimleri istenilen şekilde elde edilebilir.

Uzaktan kumandalı araçlar ve robotik projelerinde tek hücreden 6 hücreye kadar olan LiPo bataryalar sıklıkla tercih edilmektedir. En çok tercih edilen modeller ise 2 hücrenin seri bağlanması ile elde edilen 7.4V (2S) ve 3 hücrenin seri bağlanması ile elde edilen 11.1V (3S) bataryalar sıklıkla kullanılmaktadır.

Lityum polimer bataryaların üzerinde verebilecekleri maksimum akımı ifade eden “C” değerleri belirtilir. C değerini kullanarak bir LiPo bataryanın ne kadar akım verebileceğini şu şekilde hesaplarız:

Örnek olarak elimizde 2200mAh kapasite ve 25C değerlerine sahip bir LiPo batarya olduğunu varsayalım (hücre sayısı bu hesap için önemli değildir). Bu bataryadan çekebileceğimiz akımı bulmak için öncelikle 2200 miliamper-saat’i 1000’e bölerek amper-saat’e çeviriyoruz (2200/1000 = 2.2).

Bulduğumuz bu değeri de bataryamızın C değeri olan 25 ile çarptığımızda bulduğumuz 2.2 x 25 = 55A akımı, bataryamız normal koşullarda şarjı tükenene kadar verebilecek anlamına gelir. LiPo bataryalar hakkında daha detaylı bilgi öğrenmen isterseniz YouTube videomuzu izleyebilirsiniz.

Şarjlı (Şarj Edilebilir) Pil Nedir?

Şarj edilebilir ya da diğer ismiyle şarjlı piller, elektrik üretmek için gerçekleşen kimyasal tepkimenin ters akım aracılığıyla eski haline döndürülebildiği ve tekrardan elektrik üretecek hale geldiği tipte kimyasallara sahip pillerdir. Kurşun asit aküler, günlük cihazlarımızda kullandığımız nikel metal hidrit (NiMH) ve nikel kadmiyum (NiCd) tipindeki şarjlı kalem piller, lityum iyon ve lityum polimer bataryalar günümüzde en sık kullanılan şarjlı pillerdir.

Pil Boyutları

Piller, kapasiteleri haricinde fiziksel büyüklükleri ile de sınıflandırılmaktadır.

Kalem pillerde en sık gördüğümüz AA ve AAA boylarıdır. Çinko karbon ve alkalin en çok karşılaştığımız kalem pil çeşitleridir.

Bunların yanı sıra daha büyük cihazlarda kullanılan C ve D boy kalem piller de mevcuttur.

Tek kullanımlık pillerde bilinen diğer bir boy ise de 9V pildir. 9V pillerin boyutlarının teknik olarak kodu PP3‘tür. Boyutları standart olarak 48.5 x 26.5 x 17.5 (mm)’dir.

Şarj edilebilir ve şarj edilemeyen tipleri mevcuttur. Çoğu alkalin 9V pil, 6 adet 1.5V hücreden oluşmaktadır.

Daha düşük güç tüketimine sahip saat, hesap makinesi, uzaktan kumanda gibi cihazlarda da saat pili olarak tabir edilen bozuk para büyüklüğünde piller de kullanılırlar. Lityum ve alkalin kimyaya sahip olabilirler. Şarj edilebilen tipleri de mevcuttur.

AA Pil Nedir?

AA kalem piller, şarjlı ve tek kullanımlık olarak piyasada bulunurlar. IEC 60086 standartına göre R6, ANSIC18 standardına göre ise 15 olarak adlandırılırlar.

AA kalem piller üretici tarafından aksi belirtilmediği sürece 1.5V gerilime sahiptir. 49.2–50.5 mm arası uzunluğa ve 13.5–14.5 mm çapa sahiptirler. Alkalin AA piller yaklaşık olarak 23gr, lityum AA piller 15gr ve şarjlı Ni-MH AA piller 31gr civarında ağırlığa sahiptirler.

AAA Pil Nedir?

AAA kalem piller, şarjlı ve tek kullanımlık olarak piyasada bulunur. IEC 60086 standartına göre R03, ANSI C18 standardına göre ise 24 olarak adlandırılır.

AA kalem piller üretici tarafından aksi belirtilmediği sürece 1.5V gerilime sahiptir. 44.5 mm arası uzunluğa ve 10.5 mm çapa sahiptirler. Alkalin AA piller yaklaşık olarak 11.5gr, lityum AA piller 7.6gr ve şarjlı Ni-MH AA piller 14-15gr civarında ağırlığa sahiptirler.

Alkalin Pil Nedir?

Alkalin piller, çinko dioksit ile manganez dioksit arasındaki kimyasal tepkimeden faydalanarak elektrik üretirler. Hepsi olmasa da bazı alkalin piller, kendi özel şarj aletleri kullanılarak tekrar şarj edilebilmektedir.

Çinko karbon pillere kıyaslandığında alkalin piller daha yüksek enerji yoğunluğuna ve raf ömrüne sahiptir.

Alkalin pilin kapasitesi yüke bağlı olarak değişmektedir. Tipik bir AA boy alkalin kalem pil, düşük akım çeken bir cihazda kullanıldığında 3000mAh civarında bir kapasiteye sahip olabilir, fakat dijital kameralar gibi 1A’e yakın akım çekebilen cihazlarda kullanıldığında kapasitesi 700mAh seviyelerine düşebilmektedir.

Alkalin pillerin üreticiler tarafından standardize edilmiş gerilimi 1.5V’tur. Yüksüz durumda tam dolu bir alkalin pilin gerilimi ise 1.50-1.65V seviyelerindedir.

Ortalama yük altında gerilimi ise pilin doluluk seviyesi ve çekilen akıma bağlı olarak 1.1-1.3V arasında değişmektedir. Tamamen bitmiş bir alkalin pil ise 0.8-1.0V civarında bir gerilime sahip olacaktır.

Bataryalar türlerine göre şu şekilde geri dönüşüme katılırlar:

• Kurşun-asit: Bu aküler parçalanarak kontrollü bir şekilde yapı taşlarına ayrılır. Yapılarında bulunan plastik, kurşun metali ve sülfürik asit tekrar kullanılacak şekilde geri dönüştürülmektedir. Plastik parçalar yıkanıp temizlenir, eritilir ve tekrardan şekil verilmeye uygun küçük parçalar haline dönüştürülür. Kurşun ise benzer şekilde tekrardan kullanılmak üzere fırınlarda eritilir ve içerilerinde yer alan diğer metal karışımlarından arındırılır. Son kalan bileşen olan sülfürik asit ise iki farklı şekilde değerlendirilebilir: Bunlardan bir yönteminde asitevlerimizde kullandığımız karbonat benzeri bir endüstriyel kimyasal ile nötrleştirilir ve suya dönüşür. Bu su, arıtma tesisleri ile tekrardan kullanılabilir hale getirilir. Diğer bir yöntem ise yine kimyasal bir madde aracılığıyla sülfürik asitin sodyum sülfata dönüştürülerek deterjan ve diğer temizlik ürünlerinde kullanılacak hammade haline getirilmesidir. Kurşun asit bataryalar, %98 oranında geri dönüştürülebilmektedir.
• Alkalin: Alkalin piller mekanik olarak parçalanır ve yapılarında yer alan maddelere ayrıştırılır. Alkalin piller çinko-manganaz konsantresi, çelik, kağıt, plastik ve pirinç gibi maddeler olarak ayrıştırılır ve %100 oranında geri dönüştürülürler.
• Lityum iyon: Bu tip piller de oda sıcaklığında ve oksijensiz bir ortamda kobalt ve lityum tuzları, paslanmaz çelik, bakır, aluminyum ve plastik olarak hammaddelerine ayrıştırılırlar. Lityum iyon piller %100 oranında geri dönüştürülebilmektedir.
• Nikel kadmiyum: Diğer pil çeşitleri gibi nikel kadmiyum pillerin de plastik parçaları metallerden ayrıştırılır ve yüksek sıcaklıklı metal ayrıştırma işlemi sonucunda batarya hammaddesinde bulunan tüm metaller (nikel, demir, manganaz ve krom) bir fırın içerisinde eritilerek ayrıştırılır ve tekrar kullanılabilmeleri için katılaştırılır. Çinko ve kadmiyum gibi düşük sıcaklıklarda eriyen metaller eritme işlemi esnasında ayrıştırılır. Plastik parçalar ise tekrar kullanılabilmektedir. Nikel kadmiyum bataryalar %100 oranında geri dönüştürülebilmektedir.
• Niket metal hidrit: Geri dönüşüm işleminden önce hücreleri birbirine bağlayan plastik parçalar ayrılır. Daha sonra hücreler, içlerindeki potasyum hidroksit elektrolitini ve nemi ortadan kaldıracak bir kurutma işlemine tabi tutulur. Kurutma işleminden sonra bu piller, paslanmaz çelik ve alaşım üretimi sanayisinde kullanılabilecek hammadeye dönüşmüş olur. Diğer metaller ve plastik başka ürünlerde kullanılmak üzere değerlendirilir. Nikel metal hidrit piller %100 oranında geri dönüştürülebilmektedir.