Piller ve Bataryalar

Piller – 104: Bataryaları Tanıyalım

Bataryaların gücünü, ve beraberinde zayıflıkları ile nasıl yaşayacağınızı öğrenin.

Piller serimize kaldığımız yerden devam edelim. Doğa bize enerji üretmemiz için birçok yol sunar. Bu enerjinin çoğu, yanma, mekanik hareket ya da güneş panelinde olduğu gibi fotosentez sonucu ile oluşur. Bataryanın elektrik enerjisi üretimi ise farklı kimyasal değerlere sahip iki metal arasında elektrokimyasal reaksiyon yardımı ile gelişir. Asitlere maruz kaldığında, iyon transferinin bir parçası olarak metaller arasında bir gerilim oluşur ve devrenin tamamlanması da bir akımı tetikler. 1800 yılında, mucit Alessandro Volta, voltaj potansiyelinin elektrodlarda kullanılan elementlerin afinite sayılarının birbirinden farklılığı çoğalınca güçlendiğini keşfedince daha değişik bileşimler içeren elektrotlar kullanılması yolunu açtı.

En basit şekli ile bir batarya yapmak için bir limon kullanabiliriz. Çinko kaplı bir çiviyi ve bakır bir madeni parayı limona batırmak bu iki maden arasında bir gerilim farkı yaratır, ancak bu bataryanın ürettiği gerilimin akımının az olması nedeni ile her hangi bir yük sürmek  mümkün değildir. Bağlanan her hangi bir yük gerilimin düşmesine neden olur. Enerji limonun kendisinden değil çinkonun limon suyundaki asit nedeni ile uğradığı kimyasal değişmeden meydana gelir. Şekil-1 limon bataryasını göstermektedir…

PK 104 01Şekil-1: Limon bataryası

Bu deney genellikle eğitim amaçlı kullanılır. Elektrotlar çinkodur olarak kullanılan galvanizli bir çivi ve bakır bir madeni paradır. Limon suyu, kimyasal reaksiyona yol açan elektrolit görevini görür.

Çinkonun gerilim potansiyeli = –0.76

Bakırın gerilim potansiyeli = 0.34

Uçlardan alınan (toplam) gerilim = 1.10V

En büyük negatif elektrot potansiyeline sahip elementler katot görevi görür; pozitif potansiyeli en yüksek olanlar ise anot olarak kullanılır. Elektrotlar arasındaki fark uçlardan alınabilecek gerilimi seviyesini sağlar.

Şarj edilebilir bir pilin pratik olması için, elemanlar arasındaki kimyasal reaksiyonların geri dönüşümlü olması gerekir. Elektrot seçimini zorlaştıran ise her metal türünün elektrotlar arasındaki kimyasal reaksiyonlarda tüketilecek aktif kimyasallar veremedikleri için bu amaca uygun olanların sayısının sınırlı olmasıdır.

Gerilim sayısı akım sayısı ile çarpıldığında elde edilen sayı gücü verir. Güç, 18. yüzyılda buhar motorunu geliştiren James Watt‘ın onuruna Watt olarak belirtilir. Bir bataryanın depolayabileceği enerji miktarı watt-saat (Wh) olarak ifade edilir.

Tüm enerji kaynaklarının sınırlamaları vardır ve aşırı yüklenmeye neden olmamak için güç dikkatle kullanılmalıdır. Bunu anlatan bir benzetme de, gücü itiş gücüne aktarmak için en iyi dişli oranını seçen bir bisiklet sürücüsüdür (Şekil-2). Düz bir yolda, yüksek bir vites yüksek voltajı sağlarken orta pedal gücü ile yüksek hız sağlanabilinir.

Bir tepeye tırmanırken ise hız azalırken pedal gücü artar. Bu, bizim benzetimimizde, daha düşük bir voltaj ve daha yüksek akım ile sonuçlanır. Sürücünün uyguladığı pedal gücü newton metredeki güç ile (tork) (Nm) ilgilidir; sürücünün gücünün tükenmesinden öncesine kadar olan dayanıklılık süresi de enerjiyi watt-saat (Wh) olarak tanımlar.

PK 104 02
Şekil-2: Bisiklet sürücüsü benzetimi.Enerji, watt-saat (Wh) olarak ölçülen güç ve zamanın ürünüdür; güç, watt cinsinden ölçülen herhangi bir zamanda enerji akışıdır.

Bataryalar amper-saat (Ah) olarak derecelendirilrler. Bu, bir batarya bileşiminden ne kadar güç alınabileceğini belirtir. Bir kaptaki sıvı gibi, enerji uzun bir süre yavaşça veya kısa sürede hızlı bir şekilde dağıtılabilir. Bir kabın tuttuğu sıvı miktarı bir bataryadaki enerjiye; sıvının ne kadar hızlı dağıtıldığı da güce benzeşir.

Fiziksel boyutlar hacim olarak litre (l) ve kilogram (kg) olarak belirtilir. Boyut ve ağırlık eklenmesi Wh / kg cinsinden özgün enerjiyi, W / l cinsinden güç yoğunluğu ve W / kg cinsinden özgün gücü belirtir. Çoğu batarya, belirli bir ağırlığın ne kadar enerji üretebileceğinden yola çıkarak Wh / kg olarak derecelendirilmiştir. Wh / l, litre başına watt saati belirtir. (Bkz. Piller-105: Bataryaların Tanımlanması.)

Bataryalar kullanım amaçlarına göre özel olarak imal edilir ve bu konuda üreticiler müşteri ihtiyaçlarına cevap verebilmek için büyük çaba gösterirler. Bunu aşırı uçlardaki cep telefonu ve Güneş Enerjisi pazarları için yapılan akıllı uyarlamalarda örnek olarak görebiliriz.

Tüketici ürünleri için bataryalar küçük boyutu, yüksek özgün enerjiyi ve düşük maliyeti vurgularken, endüstriyel bataryalar için güvenilir verim ve uzun ömür ön plana çıkarılır. Ama tüm uygulamalarda kullanıcı, ortam ve çevre güvenliği en çok önem verilen ortak olgudur.

 

Etiketler
Daha Fazla Göster

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı
Kapalı