Pil nedir; nasıl ortaya cıktı? Taşınabilir cihazlarda kullanılan lityum iyon piller nasıl calışıyor?
Akıllı telefonlardan dizustu bilgisayarlara, modern piller sıkca kullandığımız teknolojilerin en onemli parcaları arasında. Ozellikle yeni telefonlarımızın her gun şarja ihtiyac duyması nedeniyle pilleri unutmamız mumkun değil. Peki bu kadar sık kullandığınız bir teknoloji hakkında ne kadar bilginiz var?
Piller ve onlara nasıl davranmanız gerektiği konusundaki bilgilerinizi genişletmenin zamanı geldi.
Piller nasıl ortaya cıktı?
İşlevsel ilk elektromanyetik pilin ortaya cıkışı, 1800 yılına dayanıyor. Alessandro Volta'nın urettiği ilk pil, tuzlu suya batırılmış kağıt disklerin ayırdığı bakır ve cinko levhalardan oluşuyordu. Bu kağıt diskler, bir sure icin kararlı bir elektrik akımı uretebiliyorlardı. Voltaik pil olarak adlandırılan bu pil, peşinden gelecek pil denemelerinin oncusu olacaktı.
Pil tasarımı 1836 yılında John Frederick Daniell tarafından standart haline getirildi. Sulfurik asit ve cinko elekrotla doldurulmuş, seramik konteynere batırılmış, bakır sulfat cozumuyle dolu bakır kap, genel-gecer pil standardı halini aldı ve sayısız elektrikli telgraf ağında kullanıldı.
1979'da ise Oxford Universitesi'nden Koichi Mizushima ve John Goodenough, pozitif elektrot icin lityum kobalt oksit, negatif elektrot icin lityum metali kullanan şarj edilebilen pili gosterdi. Boylece lityum hucrelerin oncusu ortaya cıkmış oldu. Pilin ticari hale gelmesi, yıllar sonra 1991'de Sony ve Asashi Kasei tarafından gercekleştirildi.
Modern pilin tanımı
Modern pilin tanımı
Taşınabilir cihazlarımıza elektrik akımı sağlayan elektrokimyasal hucrelere modern pil adını veriyoruz. Piller, şu iki kategoriye ayrılırlar: Tek kullanımlık piller ve şarj olabilen piller.
Tek kullanımlık pillerin elektrotları kullanım sırasında geri dondurulemeyecek bicimde değişikliğe uğradığından, onları şarj etmek mumkun olmaz. Şarj edilebilen pillerin elektrotları ise ters akım ile tekrar yuklu hale getirilebilir.
Modern taşınabilir elektronik cihazların coğu, lityum tabanlı pilleri kullanmaktadır. Bunlar arasında en cok rastlanan pil turu, lityum iyon (Li-ion) pillerdir. Zaman zaman lityum polimer (Li-Po) pillere de rastlayabilirsiniz - bu pillerin enerji yoğunluğu daha azdır ve uretilmesi daha maliyetlidir.
Li-Po piller, hafiflikleri, esnek tasarımları, duşuk ve yuksek sıcaklıklarda daha iyi calışabilmeleri sayesinde populerliklerini hala korumaktadırlar. Li-ion piller genellikle ilk elektrot olarak lityum kobalt oksit (LiCoO2) ve ikinci elektrot olarak grafit ve elektrolit olarak bir organik cozucuden oluşurlar. Bu bileşimin kullanılmasının nedeni, yuksek enerji yoğunluğu ve pilin kullanımda olmadığı sırada enerjiyi daha yavaş kaybetmesidir.
Lityum tabanlı tum piller, bir Basınc Sıcaklık Katsayısı'na sahiptir. Bu, pilin uc noktalarda veya aşırı kullanımda devre dışı kalmasını sağlayan bir mekanizmadır. Bu işlev devreye girdiğinde şarj/deşarj işlemini mumkun kılan kimyasal bileşimlere genellikle kalıcı olarak hasar verilir.
Şarj sureci
Şarj sureci
Yuksek guc yoğunluğu ve tekrar şarj edilebilme yetenekleri, taşınabilir teknolojilerde lityum tabanlı pilleri tercih sebebi haline getirdi.
Şarj işlemi sırasında lityum iyonlar, elektrolit icerisinden gecerek pozitif lityum kobalt oksit elektrot uzerinden negatif grafit elektrota ulaşırlar. Deşarj veya kullanım sırasındaysa iyonlar, elektrolit uzerinden geriye doğru, negatiften pozitife doğru akarlar. Bu işlem, AA pillerdeki 1,5 voltluk akıma gore daha yuksek bir voltajda, 3,7 voltta gercekleşir. Lityum tabanlı pillerin tuketici elektroniklerinde sıkca kullanılmasının nedenlerinden biri de budur.
Lityum tabanlı piller, laptop gibi daha buyuk cihazlarda da kullanılır. Bu tur cihazların pilleri, birden fazla lityum iyon hucresinden ve aşağıdaki ek bileşenlerden oluşur:
- Sıcaklık sensoru: Hucrelerin guvenliğini ve kalıcılığını sağlamak icin ısıyı takip eder.
- Voltaj duzenleyici: Paketin icindeki her hucrenin cıkış voltajını duzenleyen sensor ve devre.
- Pil şarj durumu: Şu anki şarj durumu (yuzde 59 gibi) hakkında işletim sistemini bilgilendiren sensor.
- Konektor: Pili laptop'la bağlayan bağlantı noktası. Markaya gore değişiklik gosterir.
Pil bakımı ve ısı
Pil bakımı
Lityum iyon pillerin coğunda bulunan pozitif elektrot LiCoO2, hasar gorduğunde tehlikeli bir hal alır. Diğer pillerin aksine yanıcı, basınclı bileşenler, istenmeyen sonuclar doğurabilir. Lityum iyon piller, bu sorunu cozmek icin bir dizi guvenlik testine tabi tutulurlar.
Isı
Lityum iyon pillerin aşırı ısındıklarında alev alabildiklerine rastlanmıştır. Isı altında ve beklenmedik basınc veya kısa devreye maruz kalan piller, "patlayabilir". Bu durumda pil, kullanılmaz hale geldiği gibi, icerisinde bulunduğu taşınabilir cihaza da hasar verebilir. Lityum iyon pillerin icerisinde her hucreyi diğerinden ayıran bir ayırıcı bulunmaktadır. Bu ayırıcı, şarj ve deşarj sureclerinde pozitif ve negatif elektrotları ayrı tutar. Ayırıcının hasar gormesi veya delinmesi, elektrotların temas etme olasılığını ortaya cıkarır. Bu durumda pil hızla ısınarak patlayabilir.
Piller, bu tur durumları engellemek uzere havalandırma mekanizmalarına sahiptirler, ancak kimyasal bileşimin doğası gereği patlama olasılığı tamamen ortadan kalkmaz.
Deşarj, yaşlanma sureci, Li-Air (Lityum hava) pil
Deşarj
Lityum iyon piller, "tam" deşarj olmaktansa, kısmen deşarj olmayı tercih ederler. "Şarj belleği" adı verilen etkiye sahip olmadıklarından, kısmi deşarj pilin gelecekteki performansını etkilemeyecektir. Bununla birlikte pili "tamamen" bitirmek, lityum tabanlı pilin voltajının duşmesine neden olabilir. Bu durumda pil, kalıcı olarak hasar gorebilir.
Yaşlanma sureci
Lityum tabanlı piller, şarj/deşarj dongulerinin sayısına bağlı olarak 2 - 4 yıl omre sahiptirler. Pilinizi kac kere şarj ettiğinizi saymanıza gerek yok. Zira yeni bir pili hic kullanmadan saklasanız bile, pil omru yine 2 - 4 yılı gecmeyecektir.
Yeni bir taşınabilir urun satın alırken, pilinin ne kadar beklediğini kontrol etmenizde fayda var. Bir sene depoda bekleyen bir pilin, tahmin edeceğiniz uzere omrunden bir sene gitmiştir.
Li-Air (Lityum hava)
Lityum pillerin bir sonraki nesli, lityum hava kimyasallarından oluşacak. BU piller, cok yuksek guc yoğunluğu sunarken, cok hafif tasarımları da mumkun kılıyor. Li-Air piller, akımı teşvik etmek icin oksijenden faydalanıyorlar ve bu sayede daha yuksek guc yoğunluğu elde edebiliyorlar. Ancak ne yazık ki Li-Air'in ticari hale gelebilmesi icin birkac onemli alandaki araştırmanın tamamlanması gerekiyor.
Akıllı telefonlardan dizustu bilgisayarlara, modern piller sıkca kullandığımız teknolojilerin en onemli parcaları arasında. Ozellikle yeni telefonlarımızın her gun şarja ihtiyac duyması nedeniyle pilleri unutmamız mumkun değil. Peki bu kadar sık kullandığınız bir teknoloji hakkında ne kadar bilginiz var?
Piller ve onlara nasıl davranmanız gerektiği konusundaki bilgilerinizi genişletmenin zamanı geldi.
Piller nasıl ortaya cıktı?
İşlevsel ilk elektromanyetik pilin ortaya cıkışı, 1800 yılına dayanıyor. Alessandro Volta'nın urettiği ilk pil, tuzlu suya batırılmış kağıt disklerin ayırdığı bakır ve cinko levhalardan oluşuyordu. Bu kağıt diskler, bir sure icin kararlı bir elektrik akımı uretebiliyorlardı. Voltaik pil olarak adlandırılan bu pil, peşinden gelecek pil denemelerinin oncusu olacaktı.
Pil tasarımı 1836 yılında John Frederick Daniell tarafından standart haline getirildi. Sulfurik asit ve cinko elekrotla doldurulmuş, seramik konteynere batırılmış, bakır sulfat cozumuyle dolu bakır kap, genel-gecer pil standardı halini aldı ve sayısız elektrikli telgraf ağında kullanıldı.
1979'da ise Oxford Universitesi'nden Koichi Mizushima ve John Goodenough, pozitif elektrot icin lityum kobalt oksit, negatif elektrot icin lityum metali kullanan şarj edilebilen pili gosterdi. Boylece lityum hucrelerin oncusu ortaya cıkmış oldu. Pilin ticari hale gelmesi, yıllar sonra 1991'de Sony ve Asashi Kasei tarafından gercekleştirildi.
Modern pilin tanımı
Modern pilin tanımı
Taşınabilir cihazlarımıza elektrik akımı sağlayan elektrokimyasal hucrelere modern pil adını veriyoruz. Piller, şu iki kategoriye ayrılırlar: Tek kullanımlık piller ve şarj olabilen piller.
Tek kullanımlık pillerin elektrotları kullanım sırasında geri dondurulemeyecek bicimde değişikliğe uğradığından, onları şarj etmek mumkun olmaz. Şarj edilebilen pillerin elektrotları ise ters akım ile tekrar yuklu hale getirilebilir.
Modern taşınabilir elektronik cihazların coğu, lityum tabanlı pilleri kullanmaktadır. Bunlar arasında en cok rastlanan pil turu, lityum iyon (Li-ion) pillerdir. Zaman zaman lityum polimer (Li-Po) pillere de rastlayabilirsiniz - bu pillerin enerji yoğunluğu daha azdır ve uretilmesi daha maliyetlidir.
Li-Po piller, hafiflikleri, esnek tasarımları, duşuk ve yuksek sıcaklıklarda daha iyi calışabilmeleri sayesinde populerliklerini hala korumaktadırlar. Li-ion piller genellikle ilk elektrot olarak lityum kobalt oksit (LiCoO2) ve ikinci elektrot olarak grafit ve elektrolit olarak bir organik cozucuden oluşurlar. Bu bileşimin kullanılmasının nedeni, yuksek enerji yoğunluğu ve pilin kullanımda olmadığı sırada enerjiyi daha yavaş kaybetmesidir.
Lityum tabanlı tum piller, bir Basınc Sıcaklık Katsayısı'na sahiptir. Bu, pilin uc noktalarda veya aşırı kullanımda devre dışı kalmasını sağlayan bir mekanizmadır. Bu işlev devreye girdiğinde şarj/deşarj işlemini mumkun kılan kimyasal bileşimlere genellikle kalıcı olarak hasar verilir.
Şarj sureci
Şarj sureci
Yuksek guc yoğunluğu ve tekrar şarj edilebilme yetenekleri, taşınabilir teknolojilerde lityum tabanlı pilleri tercih sebebi haline getirdi.
Şarj işlemi sırasında lityum iyonlar, elektrolit icerisinden gecerek pozitif lityum kobalt oksit elektrot uzerinden negatif grafit elektrota ulaşırlar. Deşarj veya kullanım sırasındaysa iyonlar, elektrolit uzerinden geriye doğru, negatiften pozitife doğru akarlar. Bu işlem, AA pillerdeki 1,5 voltluk akıma gore daha yuksek bir voltajda, 3,7 voltta gercekleşir. Lityum tabanlı pillerin tuketici elektroniklerinde sıkca kullanılmasının nedenlerinden biri de budur.
Lityum tabanlı piller, laptop gibi daha buyuk cihazlarda da kullanılır. Bu tur cihazların pilleri, birden fazla lityum iyon hucresinden ve aşağıdaki ek bileşenlerden oluşur:
- Sıcaklık sensoru: Hucrelerin guvenliğini ve kalıcılığını sağlamak icin ısıyı takip eder.
- Voltaj duzenleyici: Paketin icindeki her hucrenin cıkış voltajını duzenleyen sensor ve devre.
- Pil şarj durumu: Şu anki şarj durumu (yuzde 59 gibi) hakkında işletim sistemini bilgilendiren sensor.
- Konektor: Pili laptop'la bağlayan bağlantı noktası. Markaya gore değişiklik gosterir.
Pil bakımı ve ısı
Pil bakımı
Lityum iyon pillerin coğunda bulunan pozitif elektrot LiCoO2, hasar gorduğunde tehlikeli bir hal alır. Diğer pillerin aksine yanıcı, basınclı bileşenler, istenmeyen sonuclar doğurabilir. Lityum iyon piller, bu sorunu cozmek icin bir dizi guvenlik testine tabi tutulurlar.
Isı
Lityum iyon pillerin aşırı ısındıklarında alev alabildiklerine rastlanmıştır. Isı altında ve beklenmedik basınc veya kısa devreye maruz kalan piller, "patlayabilir". Bu durumda pil, kullanılmaz hale geldiği gibi, icerisinde bulunduğu taşınabilir cihaza da hasar verebilir. Lityum iyon pillerin icerisinde her hucreyi diğerinden ayıran bir ayırıcı bulunmaktadır. Bu ayırıcı, şarj ve deşarj sureclerinde pozitif ve negatif elektrotları ayrı tutar. Ayırıcının hasar gormesi veya delinmesi, elektrotların temas etme olasılığını ortaya cıkarır. Bu durumda pil hızla ısınarak patlayabilir.
Piller, bu tur durumları engellemek uzere havalandırma mekanizmalarına sahiptirler, ancak kimyasal bileşimin doğası gereği patlama olasılığı tamamen ortadan kalkmaz.
Deşarj, yaşlanma sureci, Li-Air (Lityum hava) pil
Deşarj
Lityum iyon piller, "tam" deşarj olmaktansa, kısmen deşarj olmayı tercih ederler. "Şarj belleği" adı verilen etkiye sahip olmadıklarından, kısmi deşarj pilin gelecekteki performansını etkilemeyecektir. Bununla birlikte pili "tamamen" bitirmek, lityum tabanlı pilin voltajının duşmesine neden olabilir. Bu durumda pil, kalıcı olarak hasar gorebilir.
Yaşlanma sureci
Lityum tabanlı piller, şarj/deşarj dongulerinin sayısına bağlı olarak 2 - 4 yıl omre sahiptirler. Pilinizi kac kere şarj ettiğinizi saymanıza gerek yok. Zira yeni bir pili hic kullanmadan saklasanız bile, pil omru yine 2 - 4 yılı gecmeyecektir.
Yeni bir taşınabilir urun satın alırken, pilinin ne kadar beklediğini kontrol etmenizde fayda var. Bir sene depoda bekleyen bir pilin, tahmin edeceğiniz uzere omrunden bir sene gitmiştir.
Li-Air (Lityum hava)
Lityum pillerin bir sonraki nesli, lityum hava kimyasallarından oluşacak. BU piller, cok yuksek guc yoğunluğu sunarken, cok hafif tasarımları da mumkun kılıyor. Li-Air piller, akımı teşvik etmek icin oksijenden faydalanıyorlar ve bu sayede daha yuksek guc yoğunluğu elde edebiliyorlar. Ancak ne yazık ki Li-Air'in ticari hale gelebilmesi icin birkac onemli alandaki araştırmanın tamamlanması gerekiyor.
chip
__________________