Şarj edilebilir bataryalar hayatımızda önemli bir rol oynamaktadır ve onlar ile yaptığımız günlük işlerin pek çoğu şarj olma özelliği olmadan düşünülemez olacaktır.
En yaygın şarj edilebilir bataryalar kurşun asit, NiCd, NiMH ve Li-ion’dur. Özelliklerini kısaca tanımlayalım;
Kurşun Asit
Bu, bilinen en eski şarj edilebilir batarya sistemidir. Kurşun asit bataryalar dayanıklıdır, kötü kullanıma bile dayanabilirler ve fiyat olarak ekonomiklerdir. Ancak düşük özgün enerjiye ve sınırlı şarj/deşarj döngü sayısına sahiptirler. Kurşun asit tekerlekli sandalyeler, golf arabaları, personel taşıyıcıları, acil durum aydınlatması ve kesintisiz güç kaynağı (UPS) gibi yerlerde kullanılır. Kurşun zehirli bir elementtir (toksik) ve normal atıkların depolama alanlarına atılamaz.
Nikel Kadmiyum
Teknolojik olarak olgun sayılan ve bütün yönleri ile iyice bilinen NiCd, uzun servis ömrü, yüksek deşarj akımı ve aşırı sıcaklıklar altında çalışmanın gerekli olduğu yerlerde kullanılır. NiCd en sağlam ve dayanıklı pillerden biridir; çok az stresle ultra hızlı şarj olmayı sağlayan tek batarya bileşimidir.
Ana uygulamaları elektrikli el aletleri, tıbbi cihazlar, havacılık ve kesintisiz güç kaynaklarıdır (UPS). Ama günümüzde çevresel kaygılar nedeniyle, NiCd’nin yerine başka bileşimler kullanılıyor. Bunun tek istisnası ise havacılık, en iyi güvenlik geçmişine sahip olması nedeniyle NiCd bu alandaki durumunu hala koruyor.
Nikel-Metal-Hidrit
Sadece hafif toksik metallere içerdiği ve daha yüksek özgün enerji sağladığı için NiCd bataryaların yerini yavaş yavaş almaya başlayan bir batarya bileşimi. Ni-MH çoğunlukla tıbbi aletler, hibrid arabalar ve endüstriyel uygulamalar için kullanılır. Tüketici kullanımı için de Ni-MH, AA ve AAA boyutları da mevcuttur.
Lityum İyon
Enerji gereksinimi daha önce kurşun ve nikel bazlı piller tarafından karşılanan birçok uygulamada bu bileşimlerin yerini artık Li-ion almakta. Şarj ve deşarj sırasında oluşabilecek güvenlik endişeleri nedeniyle Li-ion bataryalar bir koruma devresine ihtiyaç duyarlar. Diğer pillere göre daha pahalı olan Li-ion yüksek şarj/deşarj döngü sayısı ve düşük bakım maliyeti ile, diğer birçok batarya bileşimine göre maliyeti daha az azdır.
Tablo 1, günümüzde yaygın olarak kullanılan dört şarj edilebilir batarya sisteminin ortalama performans derecelerini gösterip özelliklerini karşılaştırmaktadır. Li-ion, aktif maddeleri olan kobalt, manganez, fosfat ve titanat olarak adlandırılan farklı tiplere ayrılır. (Bkz. Piller-205: Lityum İyon Türleri.)
Tablomuzdaki listede eksik olan batarya ise adını kendi yapısına özel ayırıcı ve elektrolit sisteminden alan popüler lityum-iyon-polimerdir. Bu batarya diğer Li-ion bataryalarla performans olarak aynı verileri paylaşan bir hibrit versiyondur.
Ayrıca, güvenlik sorunları çözüldüğünde, olağanüstü yüksek özgün enerjisi ve iyi özgün gücü ile diğer Li-ion pillerinin yerine geçme potansiyeline sahip bir pil olan şarj edilebilir lityum metal de tablomuzda yer almıyor.
Tabloda sadece taşınabilir bataryalar yer almakta ve endüstride kullanılan büyük batarya sistemleri hariç tutulmaktadır.
Li-ion1 | ||||||
| Özellikler | Kurşun-Asit | NiCd | NiMH | Kobalt | Manganez | Fosfat |
| Özgün enerji Wh/kg | 30-50 | 45-80 | 60-120 | 150-250 | 100-150 | 90-120 |
| İç direnci | Çok düşük | Çok düşük | Düşük | Orta | Düşük | Çok düşük |
| Döngü Ömrü2 (%80 DoD) | 200-300 | 10003 | 100-5003 | 500-1000 | 500-1000 | 1000-2000 |
| Şarj süresi4 | 8-16 saat | 1-2 saat | 2-4 saat | 2-4 saat | 1-2 saat | 1-2 saat |
| Aşırı şarja dayanabilme | Yüksek | Orta | Düşük | Bakım şarjı (Trickle) yapılamaz | Bakım şarjı (Trickle) yapılamaz | Bakım şarjı (Trickle) yapılamaz |
| Aylık kendi kendine deşarj yüzdesi (oda sıcaklığında) | %5 | %205 | %305 | <%5 Koruma devresi ayda %3 harcar | <%5 Koruma devresi ayda %3 harcar | <%5 Koruma devresi ayda %3 harcar |
| Hücre başına ürettiği gerilim (nominal) | 2V | 1,2V6 | 1,2V6 | 3,6V7 | 3,7V7 | 3,2-3,3V |
| Hücre başına | 2,4V Durağan 2,225V | Ön tanımlı bir gerilim şablonunu referans alan şarj kesme sistemi | Ön tanımlı bir gerilim şablonunu referans alan şarj kesme sistemi | Normal şartlarda 4,2V ama bazen daha da yukarı çıkabilir | Normal şartlarda 4,2V ama bazen daha da yukarı çıkabilir | 3,6V |
| Deşarj kesme gerilimi (V/Hücre, 1C) | 1,75V | 1,0V | 1,0V | 2,5-3,0V | 2,5-3,0V | 3,0V |
| Tepe yüklenme akımı Alınabilen en iyi devamlı akım değeri | 5C8
0,2C | 20C
1C | 5C
0,5C | 2C
<1C | >30C
<10C | >30C
<10C |
| Şarj ortam ısısı | -20 0C den +50 0C ye | 0 0C den +45 0C ye | 0 0C den +45 0C ye | 0 0C den +45 0C ye9 | 0 0C den +45 0C ye9 | 0 0C den +45 0C ye9 |
| Deşarj ortam ısısı | -20 0C den +50 0C ye | -20 0C den +65 0C ye | -20 0C den +65 0C ye | -20 0C den +60 0C ye | -20 0C den +60 0C ye | -20 0C den +60 0C ye |
| Bakım gereksinimi | 3-6 ay10 (tamamlama şarjı) | Tam kapasite kullanımlarında 90 günde bir tam deşarj | Tam kapasite kullanımlarında 90 günde bir tam deşarj | Bakım gerektirmez | Bakım gerektirmez | Bakım gerektirmez |
| Güvenlik gereksinimi | Isısal açıdan dengeli | Isısal açıdan dengeli, sigorta koruması gerekir | Isısal açıdan dengeli, sigorta koruması gerekir | Şarj/Deşarj Koruma devresi gerektirir11 | Şarj/Deşarj Koruma devresi gerektirir11 | Şarj/Deşarj Koruma devresi gerektirir11 |
| Hizmete giriş yılı | 1800 lerin sonları | 1950 | 1990 | 1991 | 1996 | 1999 |
| Çevreye zararı (zehirlilik) | Çok yüksek | Çok yüksek | Düşük | Düşük | Düşük | Düşük |
| Kolombik etkenlik12 | ~90% | Yavaş şarj ile ~70% Hızlı şarj ile ~90% | Yavaş şarj ile ~70% Hızlı şarj ile ~90% | 99% | 99% | 99% |
| Maliyet | Düşük | Orta | Orta | Yüksek13 | Yüksek13 | Yüksek13 |
Tablo 1: Günümüzde çokça kullanılan şarj edilebilir bataryaların özellikleri. Rakamlar, günümüzde piyasada olan ticari bataryaların ortalama değerlerine dayanmaktadır. Ortalamanın üzerinde derecelendirmelere sahip özel pillere listemizde yer verilmemiştir.
- Kobalt, nikel, manganez ve alüminyumun birleştirilmesi enerji yoğunluğunu 250Wh / kg’a kadar arttırır
- Çevrim ömrü, bataryanın çok deşarj edilip şarj edildiğine (deşarj derinliği DoD) bağlıdır. Az deşarjdan sonra yapılan şarjlar çevrim ömrünü uzatır.3. Çevrim ömrü, bellek etkisini azaltmak için düzenli bakım alan aküye göre tanımlanmıştır.
- Ultra-şarj bataryaları özel amaçlar için üretilmiştirler. (Bkz. Piller-401a: Hızlı ve Ultra hızlı şarj aletleri)
- Kendi kendine deşarjın en yüksek olduğu zaman hemen şarjın ardından gelen süre içindedir. Ni-Cd şarjının 10% nunu ilk 24 saatte kaybeder, sonra bu her 30 gün için 10% a düşer. Yüksek ısı altında kullamak ve bataryanın yaşı Kendi kendine deşarjı arttırır.
- Geleneksel olarak 1.25V beklenir ama genelde 1.20V üretirler. (Bkz. Piller-303: Gerilimler ile gelen kafa karışıklığı).
- Üreticiler pazarlama taktiği olarak düşük iç dirence dayanarak gerilimi daha yüksek gösterebilirler.
- Yüksek akımlı darbeler verebilirler ama darbeler arasında toparlanmaları için vakit tanınmalıdır.
- Li-ion bataryaları asla donma derecesi altında şarj etmeyin. (Bkz. Piller-410: Alçak ve Yüksek Isılarda Şarj.)
- Bakım, bataryanın sülfat oluşturmasını önlemek için dengeleme ya da tamamlama* şarjı olarak yapılabilir.
- Koruma devreleri 2.20V altında ve 4.30V üstünde batarya ya erişimi keserler, lityum-demir-fosfat için bu gerilim sınırları farklıdır.
- Çabuk şarjlarda kolombik etkenlik, kendi kendine deşarj hatalarından dolayı daha yüksek görünür.
- Li-ion un şarj/deşarj döngüsü başına maliyeti daha az olabilir.
