Günlük hayatımızda piller bizim en büyük yardımcılarımızdan. Çünkü bilgisayarlarımızdan artık otomobillerimize kadar her yerdeler. Bildiğiniz gibi televizyon kumandalarında ya da elektronik otomobiller gibi şeylerde halen pil kullanmaya devam ediyoruz. Bu durumda bizim insanlar olarak bu küçük kimyasal ve elektronik yardımcılarımızı anlamamızı gerektiriyor.
Bizde bu yazımızda sizlere piller hakkında bilgiler vereceğiz. Modern pilin doğuş hikayesini, şarjlı pilleri ve pillerde güvenliğin nasıl sağlandığı hakkında çeşitli başlıklara değineceğiz. Ayrıca yazımız içerisinde pilin çeşitli kullanım alanlarını da bulacaksınız. Hazırsanız bu küçük ama etkileyici kimyasal yardımcılarımızı anlamaya başlayabiliriz.
Piller Hakkında Küçük Bir Ön Bilgi
Günlük hayatımızda kullandığımız piller küçük boyutlu reaktörler gibidir. Kimyasalları kullanarak elektrik üretip elektron akımı salımı yaparlar. Bu atom altı parçacıklar negatif yüke sahiptirler. Bir yerden diğerini hareket ettiklerinde yüklerini beraberinde taşıdıkları için cihazlarımıza enerji sağlarlar. Ayrıca pillerin çalışması 3 temel prensip üzerine kuruludur. Bu temel prensipler konuyu anlamamız bakımından çok önemlidir.
İlk olarak elektronlar metallerde hareket edebiliyor. Bunu anlamak çok önemlidir. Çünkü bu piller için standart bir çalışma yöntemdir. İkinci olarak ise pozitif ve negatif yüklü parçacıklar, su benzeri sıvılar içinde çözündüklerinde serbest hareket edebilirler. Üçüncü olarak ise iki farklı metali, yüklü parçacıklar barındıran bir sıvıya koyduğunuzda bir metal diğerinden elektron alabiliyor. Bunlar aynı zamanda standart kimya bilgileridir. Bunları anladığımıza göre daha detaylı bilgilere geçebiliriz.
Öncelikle Piller Tarihi ile Başlayalım!
İnsanlığın bu üç temel prensibi bir araya getirip günümüzde kullandığımız piller üretmesi binlerce yıl sürmüştür. Ancak atalarımız, elektrik bilimi ilerlemeden çok uzun zaman önce batarya benzeri bir şey üretmeyi başardılar. Hatta bunun ilk örneği Kolezyum’unda öncesine dayanıyor. Part bataryası veya Bağdat pili olarak bilinen bu cihaz bir Amerikan futbol topu büyüklüğündeydi.
Bu batarya dışarıdan normal bir kil testi olarak görünüyordu. Ancak dış görüntüsü böyle olsa da içinde bir demir çubuk vardı. Bu demir çubuğun yanı sıra bakır silindir ve sirke veya şarap gibi bir asit bulunuyordu. Asitler çözülmüş iyon içeriyorlardı. Böylece demir ve bakır arasında elektron değişimi gerçekleşiyordu. İşte ilk piller bu şekilde çalışıyordu.
Bilim tarihçilerinin bu konudaki görüşleri bataryaların çok küçük bir voltaj ürettiğini yönünde. Ancak bu erken dönem bataryalar binlerce yıl gelecekti gerçekleşecek bir devrimin temellerini atmıştı. Ayrıca pillerin çevreye etkileri açısından da çok fazla bir kirletici etkileri yoktu. Çünkü hem sayıları azdı hem de kullanım alanları sınırlıydı. Bu yüzden de günümüze göre bir kıyaslama yapacaksak o dönemde daha az zararları vardı diyebiliriz.
Piller İçin Bilimsel Gelişme Tarihi
1700’lerde Benjamin Franklin gök gürültülü bir havada uçurtma uçurmuştu. Bu gelişmenin hemen ardından ise Alessandro Volta Avrupa’da bir geziye çıkmıştı. Bu gezisi sırasında Luigi Galvani isimli bir bilim insanının kurbağa bacağıyla ilgili deneyler yaptığını fark etti. Bu durum ilerleyen yıllarda piller için bir gelişimin başlangıcı olacaktı. Galvani, bacakları pirinç kancalara asıp demir bir neşterle bacaklara dokunduğunda bacaklar seğiriyordu. Bu çalışma sonunda kurbağalarda bir tür elektrik olduğunu öne sürdü.
Ancak Volta bu fikre katılmadı. Volta, Galvani’nin iki farklı tür metal kullandığını fark etti ve bunun seyretmedeki esas nokta olabileceğini düşündü. Bunu kanıtlamak için deneyi kurbağa bacakları olmadan test etti. Çinko ve bakır levhaları üst üste yığdı Sonrasında ise kurbağa bacağı yerine tuzlu suyla ıslatılmış bir bez parçası ile değiştirdi. Bu durum ilerde piller nasıl çalışır sorusuna bir yanıt verilmek için kullanılacaktı. Beklediği üzere deneyin sonucunda akım elde etti.
İki farklı metal bir elektrolit ile bağlandığında bir redoks tepkimesi oluşturuyorlar. Redoks kelimesi İngilizce kırmızı ve oksitlenme kelimelerinin birleşiminden geliyor. Volta’nın bataryasında çinko levhanın yüzeyi oksitlendi ve pozitif yüklü çinko iyonlarını suya bıraktığı için geriye negatif elektronlar kaldı. Bu esnada bakır levhalar sudaki iyonlara elektron aktardılar. Yani Volta temel olarak piller için bir çalışma prensibi bulmuştu.
Her şeyin dengeye gelebilmesi için elektronların çinkodan bakıra doğru bir kablo aracılığıyla akması gerekiyordu. Bu durum gerçekleşti ve böylece akım oluştu. O zamandan bu yana batarya kimyası gelişmeye devam etti. 1859 yılında Gaston Plante ilk şarj edilebilir pili üretti. 1980’de ise Nobel Ödülü sahibi 3 bilim insanı lityum batarya piller ürettiler. Bu batarya öylesine bir devrim yarattı ki günümüzde cep telefonunuzdan uluslararası uzay istasyonuna kadar her şeye enerji sağlayabiliyoruz.
Modern Pil Nedir
Günümüzde onlarca tür farklı batarya mevcuttur. En bilindik bataryalar oyuncaklarda, fenerlerde ve kumandalarda kullanılan tek kullanımlık piller olarak geçenlerdir. Bunlar alkalin olarka isimlendirilirler. İsimlerini, içlerindeki elektrolitlerden kaynaklanan potasyum hidroksitten alıyorlar. Bunlar küçük, etkili ve raf ömürleri çok uzun. Ancak çok fazla enerji barındırmıyorlar.
Skalanın diğer ucunda ise Güneş tarlalarındaki endüstriyel bataryalar var. Aslında bunlar da piller kategorisine giriyorlar. Sadece bu bataryalar büyük ölçekliler ve binlerce eve enerji sağlayabilecek miktardalar. Avustralya’da inşa halinde olan en büyük batarya 1200 MB enerji depolayabiliyor. Bu da bu bataryalara verilen en iyi örneklerden biri oluyor.
Bizim telefonunuzda veya dizüstü bilgisayarınızdaki bataryalara benzer şekilde büyük ölçekli bataryalar da pozitif yüklü iyonları taşıyor. Yüzlerce kez şarj edilebiliyor. Boyutlarına göre çok fazla miktarda enerji saklayabiliyor ve arabanızdaki akülerin aksine bir kenarda bıraktığınız zaman boşalmıyorlar. Ancak piyasadaki en iyi piller bunlar değil. Bu unvan hava bataryalarına ait. Pahalı ve halen deneysel olan hava bataryaları çok önemli bir potansiyele sahipler. Çünkü elektron sağlamak için oksijen kullanan bu bataryalar diğerlerine göre çok hafifler.
Şarj Edebilir Pil Mi Tek Kullanımlık Mı?
Bilindiği üzere piller içindeki kimyasal tepkimeler sonlandığında tükenirler. Anot daha fazla iyon salmaz ve katot daha fazla iyon almaz. Ancak bu her zaman yolun sonu değildir. Bazı batarya türleri tepkimelerin ters bir şekilde gerçekleşmesini sağlar. Eğer bir güç kaynağına bağlarsanız iyonları geri dönmeye zorlayabilirsiniz. Elektrolit, pozitif iyonları anoda yönlendiriyor ve katot, topladığı negatif iyonları bırakıyor.
Bu durum piller için yeniden kullanabilir bir özellik getiriyor. Ancak bu geri tepkime mükemmel işlemiyor. Elektrotlar, düzenli yerleştirilmiş kristaller olarak bulunuyor. Ancak şarj edildiğinde düzensiz hale geliyorlar. Bu durum onların enerji saklama potansiyellerini etkiliyor. Bu yüzden de telefonlarımızı yaklaşık 200-300 kez şarj ettiğimizde batarya ömrümüz giderek azalmaya başlıyor. Bu durumda bilimi çözmesi gereken bir başka sorun olarak karşımıza çıkıyor.
Lityum iyon pil ısınırsa ne olur?
Piller İçin Testler Nasıl Yapılıyor?
Bildiğimiz gibi piller için çeşitli testler var. Peki ama bunlar nasıl yapılıyor? Öncelikle herhangi bir pilin üzerindeki test şeritleri 3 katman mürekkepten oluşuyor. Üst katmanda ısındığında renk değiştiren bir tür mürekkep bulunuyor. Ortada renkli mürekkep yer alıyor ve en alttaki iletken mürekkep içinden akım geçtiğinde ısınıyor. Alt katmanın bir ucu daha ince böylece sadece akım yüksek olduğunda pil ısınıyor.
Pil doluyken tüm şeridin ortaya çıkmasını sağlayacak kadar ısı üretiyor. Boşalmaya başlayınca şeridin daha az bir kısmı ortaya çıkıyor. Bu yüzden de bu renkli kısım piller üzerinde giderek azalmaya başlıyor. Pil testi şeritleri iletken ve ısıya tepki veren mürekkeplerden üretiliyor. Bunun sebebi ise pil çalıştığında ısı yaydığı için kalan miktarını ölçmek. Yani bir bakıma bir gösterge olarak kullanılıyorlar.
Piller İçin Bir Uyarı: Önce Güvenlik!
Herkes en az bir kere pillerin çevreye verdiği zararlar hakkında bir şeyler okumuştur. Peki ama bu sonuca nereden ve nasıl varıldı? Gelin isterseniz biraz bunu inceleyelim. Daha önce bir pilin üzerinde kristalleşmiş beyaz bir katman görmüşsünüzdür. Bu katman kimyasal bir sızıntı. Bu nedenle ona dokunmamalısınız.
Standart pillerin içindeki tepkimeler, Hidrojen gazı üretiyor. Zamanla bu gaz birikip pilin içindeki basıncın artmasına neden oluyor. Sonunda ise piller direnemiyorlar ve dış koruma katmanları açılıyor. Potasyum hidroksit, pilin dışına sızıp karbondioksit ile tepkimeye girerek potasyum karbonat üretiyor. Tuz görünümüne sahip bu maddeye dokunmak zararlı değil. Ancak potasyum hidroksit cildinizi yakabilir. Bu yüzden akmış olan bu pilleri geri dönüşüme atarken dikkat etmelisiniz.
Li-ion Pillerde Anot Malzemesinin Yerini Alabilecek Yeni Malzeme
Yorumlar