Pil … Hergün farkında olmasak da bir şekilde kullandığımız pillerin gelişim teknolojisini ne kadar biliyoruz. Gelin bu yazı disizinde birlikte inceleyelim. “Batarya” kelimesi, eski bir Fransızca kelime olan “baterie” den türetilmiştir. Anlamı savaşta kullanılan topların grup halinde bir yeri ateş altında tutması olarak kullanılan “dövme eylemi” anlamına gelmektedir. 1700’lerde bir enerji depolama sistemi üretme çabaları sırasında bilim adamları kullandıkları birbirine bağlı çoklu elektrokimyasal hücreleri temsil etmek için “batarya” terimini benimsediler.
Türkçe’de batarya kelimesi güçlü enerji depolama kaynaklarında (akü gibi), kullanılırken küçük kaynaklar için ise daha çok “pil” tanımlaması kullanılmaktadır.
Basit olarak tanımlamak istersek akü, bir ayırıcı tarafından izole edilen ve iyonların hareketini desteklemek için elektrolite batırılmış iki elektrottan oluşan bir aygıttır. İlk bulunduğundan bu güne, yapımında değişik bir çok değişik bileşen kullanılmış ve halen de yeni bileşenler denenmektedir. Ancak hala en mükemmel denebilecek bileşime erişilemediği ise bir gerçek olarak kabul edilmektedir.
Bu arada karşımıza çıkan en büyük gerçeklik, gelişmelerin çok yavaş olması. Elektronikte “Moore Yasası” (Bakınız:Not-1) olarak adlandırılan kural entegre bir devrede transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlanacağını öngörüp, bu da fiziki olarak gerçekleşmiş iken; örneğin lityum-iyon pillerin (Li-ion) kapasite kazancı 1991’de piyasaya sürüldükten sonraki yıllarda yılda yaklaşık %8 olabilmiştir.
Şekil-1’de zaman içinde pil kapasitesi ile enerji depolaması bilgi işlem teknolojilerindeki yeniliklerle kıyaslayarak karşılaştırmaktadır.
Şekil 1: Bataryalara karşı Bilgi İşlem teknolojisindeki gelişim. Pil performansı bilişim teknolojisinde kullanılan elektronik bileşenlerin gelişiminden çok daha yavaş gelişmiştir. Bunun yanında günümüz pillerdeki kullanılan birçok malzemede o malzemenin kullanımındaki verimliliğin sınırlarına ulaşılmıştır.
Piller teknoloji zincirindeki, yavaş doldurulabilen, sınırlı enerji tutabilen, kurmalı bir oyuncak gibi ancak bir süre çalışabilen, kaybolan ve sonunda bir sıkıntı haline gelen zayıf bir halkadır. Uzun ve dinlendirici bir şarj uygulayarak günlük kullanımının getirdiği yüklerden kurtulmaya ihtiyaç duyduğu için insanlara benzeyen nitelikler sergiler. Daha sonra bir süre doldurduğu yükü teslim eder ve kendi şartları altında çalışmaktan vazgeçer.
Bazı piller, sundukları güç süresi kadar şarj süresine ihtiyaç duyarlar ve nerede ise bu yönleri ile büyümekte olan ergenlerle aralarında bir benzerlik vardır .
1990’lara kadar pil dünyasına hakim olan nikel bazlı piller yerlerini artık yavaş yavaş Lityum-İyon (Li-Ion) ailesine terk etmeye başlamışlardır. Ancak otomotiv ve endüstride kullanılan kurşun bazlı aküler bütün olumsuzluk ve hatalarına rağmen halen yerlerini korumaya devam etmektedirler.
Bunun nedeni de hem güvenilir hem de diğerlerinden kat kat daha ucuza üretilmeleri. Fakat yakın zamanda onlar da yerlerini Li-Ion ailesine terk edecek gibi görünüyorlar. Tesla otomotivin kurucusu Elon Musk’ın yaptığı açıklamalar ve devasa yatırımlar bu geleceğin fazla da uzak olmadığını düşündürüyor.
Günümüzün üretim teknolojisi ile Li-Ion bataryaların üretimi diğer batarya tiplerine göre çok daha pahalıdır. Ancak şarj döngüsü başına maliyet hesaplanırken, kurşun asitli akülere karşı maliyet olarak daha üstün olduğu için eninde sonunda piyasaya hakim olma savaşını kazanma ihtimali hiç de az görünmüyor.
Günümüzde Kilowatt saat (kWh) başına maliyete dayalı hesaplamalar artık geçerli değildir; bunun yanında işletme maliyetleri de göz önünde bulundurulmalıdır. Bu da kurşun asitten Li-Ion’a geçişin beklenenden daha hızlı olabileceğini ortaya koyuyor.
Günlük hayatımızda gittikçe kullanımı artan bataryalar hakkında mümkün olduğunca çok şey öğrenmek biz amatörler için artık gerekli olmaya başladı. Bu yazı dizimizde en sık kullanılan batarya/pil sistemlerini ele alıp sizlere mümkün olduğu kadar bilgi sunmaya gayret edeceğiz.
(Not 1)
1965 yılında Gordon Moore, iki yılda bir entegre bir devredeki transistör sayısının aynı alan içinde bir önceki iki yılda erişilen sayının iki katına çıkacağını söyledi. Tahmini gerçek oldu ve de 21. yüzyılda da bu öngörünün gerçekliği devam ediyor. Eğer “Moore Yasası” bataryalara uygulanabilseydi bugün arabalarda kullanılan akülerin boyutunun bir bozuk para büyüklüğünde olması gerekirdi.
