Pillerin çoğunda (atom pilleri gibi birkaç örnek dışında), kimyasal tepkime yoluyla elektrik enerjisi oluşturulur. Elektrik pilleri iki türe ayrılır: Birincil: ikincil. Birincil tiptekilere «kuru» pil denir. Bunları yeniden şarj edebilme olanağı yoktur. İkincil pillerse, şarj edilebilir (Bk. AKÜMÜLATÖR).
En yaygın pil, kuru, yani şarj edilemeyen türdür. Bunlar cep fenerlerinde, transistorlu radyolarda, teyplerde, alarm aygıtlarında, işitme aygıtlarında, vb. kul' lanılırlar. Apollo aracında, Ay'dan TV yayını yapmak için, hem birincil (kuru), hem de ikincil (akümülatör) pillerden yararlanılmıştır.
Birden çok pilin birbirine bağlanmasıyla oluşan sistemlere, «batarya» adı verilir. Birçok pil bir araya bağlandığında, her pilin gerilimi ötekilere eklenir ve sonuçta, gereken düzeyde gerilim elde edilir.
Günümüzde, cıvakadmiyum pilleriyle 0,9 V, lityum pilleriyle de 2,8 V üretilmektedir. Ama yaygın olarak kullanılan pillerin gerilimi, 1,2 V 1,6 V arasındadır. Çağımızda güç kaynağı görevini üstlenecek her türden pil yapılabilmektedir. Bunların çevre koşullarına uyacak biçimde, sözgelimi tropikal bölgelerde sıcağa, kutup bölgelerinde soğuğa dayanacak biçimde yapılmaları gerekir. Ayrıca, sarsıntıdan bozulmamaları, düşme ye çarpmalara karşı dayanıklı olmaları önemlidir. Pillerin, herhangi bir sızıntıya yolaçmayacak biçimde yalıtılması da zorunludur.
Elektrik üretimi: Yalın pil, metal ya da karbondan yapılmış iki iletken plaka ile «elektrolit» adı verilen bir çözeltiden oluşur. Elektrolit olarak hiç bir zaman arı su kullanılmaz. İyi bir yalıtkan olan arı su, elektrik akımını durdurur. İçine belirli kimyasal maddeler karıştırılmış su, metal kadar olmasa bile, iletken hale dönüşür. Bu işe uygun kimyasal maddeler üç gruba ayrılır: Asitler (sülfürik asit gibi): bazlar ya da alkaliler (kostik soda gibi); asit ve baz etkileşiminden oluşan tuzlar.
Söz konusu kimyasal maddelerden biri suda çözündüğünde.molekülleri parçalanır ve elektrik bakımından yüklü iyonlar ortaya çıkar. Buna iyi bir örnek, sülfürik asittir (HlSO,). Sülfürik asit molekülleri, iki hidrojen atomu, bir kükürt atomu ve dört oksijen atomunun birleşmesinden oluşmuştur. Suda çözünen moleküller üç parçaya ayrılırlar. İki hidrojen atomu ayrılır ve süreç sırasında her iki atom da birer ELEKTRON yitirip, artı yüklü hidrojen iyonuna dönüşürler (H biçiminde gösterilir). Kükürt atomuysa, öteki dört oksijen atomuyla birlikte sülfat (SO2) grubunu oluşturur ve hidrojenlerin yitirdiği elektronları kazanarak, eksi yüklü hale geçer (SO2—1 biçiminde gösterilir).
Biri çinkodan, öteki bakır ya da karbondan yapılmış iki elektrot, sülfürik asitli elektrolite daldırılıp, dışarda kalan uçları arasına bir küçük ampul bağlanırsa, geçen akım ampulü yakar. Bu etki, elektrot olarak seçilen malzemeden birinin, ötekine göre elektrik bakımından artı değerde olmasından kaynaklanır. İki elektrot birbirine bağlandığı zaman, pilin kimyasal dengesi bozulur ve kimyasal tepkime başlar. Bu koşullar altında her çinko atomu, iki elektronunu serbest bırakır. Serbest kalan elektronlar, dış devreden dolaşıp elektrik akımını oluştururlar. Geride kalan artı yüklü çinko atomları, elektrolit içinde çözülür ve her biri, eksi yüklü sülfat iyonlarından biriyle birleşir. Sonuç olarak ortaya, yansız çinko sülfat molekülleri çıkar. Çinko atomundan çıkan iki elektron, dış devreden dolaşarak öteki elektroda ulaşır ve orada, elektrolitten gelen artı yüklü hidrojen atomlarıyla birleşip onları yüksüz hale getirirler. Daha sonra, yüksüz iki hidrojen atomu birleşerek, bir hidrojen gazı molekülü oluşturur. Bu da, bir gaz kabarcığı halinde açığa çıkar.
Kuramsal bakımdan, eksi elektrottaki (katot) bütün çinko tükenene kadar, tepkimenin sürmesi gerekir. Ne var ki, yalın pilde hidrojen kabarcıkları, bakır ya da karbon elektrot (anot) çevresinde ince bir tabaka oluşturmaya başlar. Hidrojenin elektrik direnci elektrolitinkinden yüksek olduğundan, pilin iç direnci artar. Dolayısıyle, dış devreden geçen akım azalır. Aynı zamanda, hidrojen ve çinko arasında bir gerilim farkı oluşur. Bu gerilim çinko ile bakır ya da karbon arasındaki ana gerilime karşıt yöndedir. Sonuçta, toplam gerilim ve akım daha da azalır.
Dış devre açılırsa (bağlantı kesilirse), hidrojen kabarcıkları bir süre sonra yok olur ve pil yeniden kullanılır hale gelir. Ne var ki, hidrojen kabarcıkları bir süre sonra yeniden ortaya çıkacaktır. Günümüzün pillerinde, kutuplanma denilen bu etkiyi en aza indirmek için, artı elektrodun çevresi kutuplanmayı giderici bir maddeyle çevrilir. Bu madde, ya hidrojenle tepkimeye girerek su oluşturur ya da dış devreden gelen elektronları (hidrojen yerine) alır.
Leclanche pili: El feneri ve zil gibi aygıtlarda kullanılan kuru piller, Leclanchâ' pilinin değişik tipleridir. Bunlarda sıvı elektrolit yerine, yarı katı elektrolitler kullanılır.Leclanche pilinin elektrolitiyse, kuvvetli bir amonyum klorür çözeltisidir (yani sıvıdır). Eksi elektrot olarak, çinko plakası kullanılır. Karbon çubuk, içinde karbon tozları ve manganez oksit bulunan gözenekli yapıdaki bir yuva içine yerleştirilmiştir. Hücrenin artı elektrodunu ve kutuplanma gidericiyi bunlar oluşturur. Günümüzün kuru Leclanche pillerinde de buna benzer maddeler kullanılır; ama elektrolit tam anlamıyla kuru değil, nemli jöle kıvamındadır.
Yerel etkileri önlemek için cıva klorür eklenir. Yerel etkiler, çinko atomları ile karbon atomları ve çinko içinde bulunabilecek demir atomları arasındaoluşan kimyasal tepkimeler sonucu ortaya çıkar. Bu tepkimeler, amalgamlama yoluyla önlenir. Cıva, çinko ile bir bileşik oluşturarak, çinko atomlarının demir atomlarıyla tepkimeye girmesini önler. Elektrolit içine potasyum dikromat da katılır. Bu madde, çinkodaki aşınmayı önleyerek, pilin bozulmadan uzun süre çalışabilmesini sağlar.
Silindir biçimli Leclanche pillerinde çinko elektrot, pilin dış kılıfını da oluşturur. Artı elektrotsa bir grafit çubuktur, çevresinde grafit tozu ve manganez dioksit karışımından oluşan kutuplanma giderici bulunur.
Kuru piller ya tek tek ya da (yüksek gerilim gerektiğinde) ikili, üçlü, vb. gruplar halinde kullanılırlar. Buna «seri bağlama» denir. Bir pilin artı elektrodu, öteki pilin eksi elektroduna bağlanır. Yüksek gerilim bataryalarında, altmış ya da daha çok sayıda pil, seri bağlanır. Ne var ki, bunlar, ağır ve hantal bir sistem oluştururlar. Daha hafif ve sağlam bir sistem elde etmek için, yassı ya da tabakalı piller yeğlenir. Bu sistemlerde, ince tabakalar halindeki artı ve eksi elektrotlar arasına, elektrolit ve kutuplanma giderici yerleştirilir.
öteki bataryalar: Leclanche pilinde hidrojen, kutuplanma gidericinin kolayca önleyemeyeceği bir hızla oluştuğundan, akım apansızın düşebilir. Bu nedenle Leclanche pilleri daha çok, kısa süreli işlere uygundur. Değişmez akım ve gerilim gerektiğinde, cıvalı piller kullanılır. Bunlar, özellikle işitme aygıtlarında yararlı olurlar. Cıvalı (daha doğrusu, çinkocıva oksitli) pillerde, elektrolit olarak potasyum hidroksit kullanılır. Leclanche pilinde olduğu gibi, eksi elektrot çinkodur, artı elektrot ve kutuplanma gidericiyse, sırasıyla grafit ve cıva oksitten oluşur.


Kaynak:4-cilt:6

Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Araçlar ve Gereçler »