Çinko-Karbon veya Leclanché pili olarak da bilinen çinko-karbon, en eski ve en ucuz birincil bataryalardan biridir. 1,5V gerilim sağlar ve genellikle piyasada ucuza satılan küçük el aletleri ile birlikte gelir. Georges Leclanché tarafından 1859’da icat edilen ilk çinko-karbon sıvı elektrolit kullanıyordu.

Alkalin

Alkalin-manganez bataryalar, aynı zamanda alkalin olarak da bilinir, çinko-karbon bataryanın geliştirilmiş bir şeklidir ve 1,5V sağlar. Alkalin , Lewis Urry (1927-2004) tarafından 1949 yılında ABD’nin Ohio eyaletindeki Eveready Battery Company laboratuvarında çalışırken icat edildi.

Alkalin, yüksek yük akımlarında çinko-karbondan daha fazla enerji sağlar. Ayrıca, normal bir ev tipi alkali, ortalama Li-iyondan yaklaşık yüzde 40 daha fazla enerji sağlar, ancak alkali, yükleme sırasında Li-ion kadar güçlü değildir. Alkalinin çok düşük kendi kendine deşarjı vardır ve eski çinko-karbon gibi tükendiğinde elektrolit sızdırmaz, ancak yine de tamamen sızdırmaz değildir.

Tüm birincil bataryalar, deşarj sırasında az miktarda hidrojen gazı üretir ve bu nedenle bataryalarda oluşan  gazın tahliyesi için önlemler alınmalıdır. Bataryanın içinde oluşabilecek basınç birikmesi bataryanın izolasyon contasını parçalayabilir ve paslanma ve oksidasyona neden olabilir. Bu, bataryanın içine konulduğu devrede yakınında bulunan yüzeylerde gelişebilen, yayılabilen ve hasara neden olabilen tüylü bir kristal yapı şeklinde görülebilir.

Lityum demir disülfit (Li-FeS²) birincil batarya ailesinin yeni bir üyesidir ve alkaline kıyasla gelişmiş performans sunar. Lityum bataryalar normalde 3 volt ve daha yüksek gerilim sağlar, ancak Li-FeS²’nin AA ve AAA formatlarıyla uyumlu 1.5 volt tipleri de vardır.

Alkalinden daha yüksek bir kapasiteye ve daha düşük bir iç dirence sahiptir. Bu, orta ve ağır yükleri kaldırabilmesini mümkün kılar ve sayısal kameralar için idealdir. Diğer avantajları, düşük sıcaklık performansı, üstün sızıntı direnci ve düşük kendi kendine deşarj olup, normal ortam sıcaklıklarında 15 yıl depolamaya izin verir.

Li-FeS2’nin dezavantajları, anoddaki lityum metal içeriğinden dolayı daha yüksek olan bir fiyat ve nakliye sorunudur. 2004 yılında, ABD Ulaştırma Bakanlığı ve Federal Havacılık İdaresi (FAA), yolcu uçuşlarında birincil lityum bataryaların toplu gönderilerini yasakladı. Ancak izin verilen ağırlık miktarı ve altında kalan lityum miktarı için de yolcu beraberinde taşımaya izin verilir.

Her AA boyutlu Li-FeS², 0,98 gram lityum içerir; birincil lityum pillerin yolcu beraberi uçuş sınırlaması 2 gramdır (şarj edilebilir Li-ion için 8 gram). Bu, her yolcuyu iki batarya ile sınırlar, ancak 12 benzer ve bir arada bataryanın, örneğin diz üstü bilgisayar bataryası gibi, taşınması için istisnalar yapılmıştır. (Bkz. Piller-704a: Lityum Bazlı Pillerin Hava yoluyla Taşınması.)

Güvenlik önlemi olarak Li-FeS² bataryaların içine yüksek sıcaklıklarda akımı sınırlayan ve normal olduğunda akımı doğrudan geçiren pozitif bir termal sınırlayıcı (PTC) konur. Li-FeS² bataryaları, NiMH bataryalarının AA ve AAA formatlarında olduğu gibi tekrar şarj edilip kullanılır hale getirmeye çalışılmasını kabul edemez.

Yeniden şarj etmek, bir hücreyi tersine sokmak, bitmiş bir bataryayı yenilerle karıştırmak veya yabancı bir hücre eklemek sızıntıya veya patlamaya neden olabilir. (Bkz. Piller-304a: Li-ion ile Gelen Güvenlik Endişeleri.)

Şekil 1 ve 2, 50mA darbeli yükte alkalin ve Li-FeS² bataryaların deşarj voltajını ve dahili direncini karşılaştırır. İlginç olan düz voltaj eğrisi ve lityumun düşük iç direncidir. Alkalin hızlı bir voltaj düşüşü ve kullanımda iç direncinde kalıcı bir artış gösterir. Bu, özellikle yüksek bir yükte çalışma süresini kısaltır.

Şekil 1: Deşarj sırasında alkalinin voltajı ve iç direnci.Dahili direnç artar ve voltaj düşer.

Şekil 2: Deşarj sırasında lityumun voltaj ve iç direnci.İç direnç düşük kalır ve voltaj değişmez.

Lityum-Tiyonil Klorür (LiSOCI² veya LTC)

En sağlam yapılı lityum-metal bataryalardan biridir. Yüksek ısıya ve güçlü titreşime dayanabilme özelliği, fracking olarak da bilinen yatay delme/kırma makinelerinde kullanılmasına olanak tanır. Bazı LTC’lerin 0 ° C ila 200 ° C arasında çalıştığı söylenir. Diğer kullanım alanları ise tıp ve algılayıcı (sensör) uygulamalarıdır.

500Wh / kg’ın üzerinde bir özgün enerjiyle LTC, en iyi Li-iyon bataryanın iki katı kapasiteyi sunar. Nominal voltaj 3,60V / hücredir; deşarj sonu kesme voltajı 3,00V’tur. Çalışma zamanı yalnızca kapasiteye dayalı değildir; termal koşullar ve yük değişkenliği de bir etkiye sahiptir. Sabit akım çeken yüklerde, darbeli akım çeken yüklere nazaran daha çok dayanıklılık gösterir, bu aslında çoğu batarya tipleri için geçerli olan bir olgudur.

Alkalin gibi, lityum-tiyonil klorür bataryalar da nispeten yüksek bir iç dirence sahiptir ve sadece orta derecede deşarj yükleri için kullanılabilir. Bir süre depolanırsa, lityum anot ile karbon bazlı katot arasında bir yük uygulandığında dağılan bir tabaka oluşur. Bu tabaka anot ile katot arasında pasif bir katman oluşturur ve kendi kendine deşarjı azaltıp uzun bir raf ömrü sağlayarak pili korur. (Bkz. Piller-701: Piller Nasıl Çalışmaya Hazırlanır.)

LTC en güçlü ve etkin batarya kimyalarından biridir ve sadece eğitimli çalışanlar tarafından kullanılmalıdır. Güvenlik nedeniyle, bu pil tüketici cihazlarında kullanılmaz.

Lityum Manganez Dioksit (LiMnO² veya Li-M)

LTC’ye benzer, ancak daha düşük özgün kapasiteye sahiptir ve genel kullanım için daha güvenlidir. Verdiği gerilim 3,0-3,30V ve özgün enerjisi yaklaşık 280Wh / kg’dır. Li-M fiyat olarak daha ekonomik ve uzun ömürlüdür.

Yanlızca hafif yüklere izin verirken, arada darbeli yüksek akımlar da sağlayabilir. Çalışma sıcaklığı -30 ° C ila 60 ° C arasında değişir. Tipik kullanımlar sayaç algılama, tıbbi cihazlar, otoyol geçiş sensörleri ve kameralardır.

Lityum Kükürt Dioksit (LiSo²)

2,8V voltaj ve 330Wh / kg enerji yoğunluğuna sahip bir  birincil bataryadır. Oda sıcaklığında 5-10 yıl öngörülen raf ömrü ile -54 ° C ila 71 ° C geniş bir ısı aralığında çalışabilir. LiSo²’nin yapımı maliyeti çok düşüktür.

En yaygın olarak kullanıldığı saha silahlı kuvvetlerdir. Irak savaşı sırasında bu piller geniş bir çeşit yelpazesi ile kullanılsa da günümüzde artık yerlerini daha üstün olan Li-M bataryalara terk ediyorlar.

Not: Birincil lityum piller aynı zamanda lityum metal olarak da bilinirler. Birincil lityum pillerde lityum-iyonun tersine katot karbondur ve anot aktif materyali tutar.Tablo 3 en yaygın birincil pilleri özetlemektedir.

Tablo 3: Birincil pillerin özet tablosu. Değerler tahminidir.