Asitli aküler
İlk olarak 1859’da yapılmıştır. Bugün hala kullanılmaktadır. Dolmuş (şarjlı) durumdayken, pozitif elektrot (PbO2), negatif elektrot ise saf kurşundan ibarettir. Her iki elektrodun içine daldırıldığı elektrolit denen sıvı seyreltilmiş sülfirik asit (H2SO4) eriyiğidir. Akünün dış kabı ise kurşunla kaplanmış tahtadan, camdan veya bakalittendir. Pozitif elektrot koyu kahverengi; negatif elektrot ise gri renktedir. Pozitif elektrod, yüzeyi arttırmak için birbirine bağlı düşey ve yatay kaburgalardan meydana gelen levhalar halindedir. Bu levhalar formasyon denen işlemle PbO2 tabakası ile kaplanır. Negatif elektrod ise hücrelerine hamur halinde PbO doldurulmuş ızgara şeklindedir. İlk doldurma esnasında PbO, hidrojen iyonları sebebiyle gözenekli Pb haline gelir. Levha sayısı çok olduğu zaman (+) ve (-) levhalar kendi aralarında paralel olarak bağlanır. Dış tarafta negatif elektrod bulunması için negatif levha sayısı bir fazla alınır. Levhalar arasına seperatör denen kağıt veya plastik levhalar konularak levhaların aralığı muhafaza edilir ve birbirleriyle teması önlenir. Akülerin doldurulması ve boşaltılması hallerinde meydana gelen reaksiyonlar genel olarak şöyle gösterilir:Pb+PbO2+2H2SO4 ¾® 2PbSO4+2H2O ¬¾
Boşalma (deşarj) esnasında reaksiyon sağa doğru, dolma (şarj) esnasında ise sola doğru meydana gelir.
Boşalma durumunda elektrodların ikisi de sülfat haline geçerler. Sülfirikasit eriyiğinin konsantrasyonu azalır. Dolma esnasında ise eriyiğin konsantrasyonu artar; yani su azalır. Dolayısıyle yoğunluk artar Dolma ve boşalma esnasındaki konsantrasyon dolayısıyla özgül ağırlıktaki değişme, akünün yük durumunu tespit etmekte kullanılır. Bu maksatla özgül ağırlık areometre ile kontrol edilir. Asit ne kadar hafifse, areometre o kadar derine batar. Dolmuş aküde yoğunluk, takriben 1,2 gr/cm3 civarında olmalıdır. Boşalan aküde ise 1,16 gr/cm3den daha düşük olmamalıdır.
Bir kurşunlu akünün elektrodları arasındaki potansiyel farkı; eriyiğin yoğunluğuna, dolma-boşalma durumuna ve çekilen akıma bağlıdır. Dolmuş durumda akünün potansiyel farkı 2 volt civarındadır. Bu değer boşalırken düşer. Pratikte takriben 1,8 voltun altında boşaltma yapmamak uygundur. Bu değerin altına düşünce sülfatlaşma denen PbSO4 kristalleri teşekkül eder ve levhalar sertleşir. Ayrıca bir aküyü uzun süre boş bırakmak da sülfatlaşmaya sebeb olur. Dolma işlemi sonuna doğru potansiyel farkı 2,8 volta kadar yükseldiğinde, negatif elektroda gelen hidrojen iyonları birleşecek PbSO4 molekülü bulamayınca asit teşekkülü azalır ve hidrojen kaçmaya başlar. Buna akünün boşalması (kaynaması) denir.
Boşalma sırasında bir akünün verebileceği elektrik miktarına akünün kapasitesi denir. Seri bağlı bataryada kapasitesine, paralel bağlılarda ise hepsinin toplamına eşittir. Kapasite amper-saat (Ah) birimi ile ölçülür. Boşalırken çekilen elektrik miktarının, doldurulma esnasındaki elektrik miktarına oranına Ah (amper-saat) verimi denir. Bunun yanında aküden alınan enerjinin, doldurulurken verilen enerjiye oranına (watt-saat) verimi denir. Kurşunlu akülerde Ah verimi % 90, Wh verimi % 70-80 civarındadır.
Bazlı (demir-nikelli) aküler: Pozitif elektrod Ni (OH)2, negatif elektrod ise demirdir. Elektrolit KOH, kabı ise demir saçtan yapılmıştır. Levhaları asitli aküler gibi ızgara şeklindedir. Bu akülerde reaksiyonlar şu şekilde cereyan eder:
Fe+KOH+2Ni(OH)3 ¾® Fe(OH)2+KOH+2 Ni (OH)2 ¬¾
Boşalmada sağa doğru, dolmada sola doğru olan reaksiyon vereyan eder. Bazlı akülerde konsantrasyon değişmez. Bazlı akü gerilimi 1,5 volt civarındadır. Boşalırken 1,1 volta kadar düşer. Dolmada ise 1,8 volta kadar yükselir. Bazlı akülerin her iki verimi de diğer tip akülerden daha düşüktür ve maliyeti daha fazladır. Buna rağmen hafif ve dayanıklıdır.
Demir-nikelli akülerin yanında, demir yerine kadmiyum kullanılan aküler de vardır. Son zamanlarda gümüş-çinko üzerinde de çalışmalar vardır.
Akülerin kullanılma alanları: Kurşunlu akülerin kullanılma alanları kendinden hareketli, hareketli ve durgun olmak üzere sınıflandırılır. Bu sınıflandırmaya göre farklı şekillerde yapılırlar. Kendinden hareketli olanlar motora ilk hareketi vermek için otomobil ve kamyonlarda kullanılır. Hareketli olanlar, tramvayların ve maden ocaklarındaki lokomotiflerin çalıştırılmasında ve trenlerdeki havalandırma ve ışıklandırma sistemlerinde gerekli gücü sağlamakta kullanılır. Bunlarda pozitif levhalar daha kalındır. Çünkü çok sık yüklenip boşaldıklarından etkin madde kaybı büyük olur.
Üçüncü sınıf olan durgun aküler ise hastahane, telefon santralleri, demiryolu işaret merkezlerinde ve yedek bir güce ihtiyaç duyulan pek çok yerde elektrik gücü sağlamakta kullanılır. Bu türlerde uzun ömürlülük önemlidir. Hacim ve ağırlık ikinci plandadır.
Akümülatör çeşitleri
1. Kurşunlu Akümülatörler Kurşunlu akümülatörler, taşıtlarda yaygın olarak kullanılan akümülatör türüdür. İlk örneklerinde, içindeki kimyasal tepkimeler sırasında açığa çıkan etkin kurşun oksit ve süngersi kurşun atıkları kısa devrelere neden oluyordu. Bu maddeleri tutabilecek kurşun bir ızgaranın kullanılmasıyla kısa devreler önlen-di. Bugünkü kurşunlu akümülatörlerde yüzde 5 oranında antimon içeren kur-şun alaşımlardan yapılma ızgaralar kullanılır. Levhalar kurşun monoksit ve sey-reltik sülfürik asit karışımıyla sıvanmıştır. Bu karışıma çoğu kez kırmızı kurşun da eklenir. Eksi levhada, genleştirici görevi yaparak verimi artıran kurum, baryum sülfat ve organik tahta artıkları da az miktarda kullanılır. Levhalar havayla kurutulduktan sonra artı ve eksi yüklü elektrotlara dönüştürülür. Eksi elektrot süngersi kurşuna indirgenirken, artı elektrot kurşun oksit oluşturacak biçimde yükseltgenir. Tahta, kauçuk, plastik ya da cam elyafından yapılmış gözenekli bir yalıtım elemanıyla birbirinden ayrılan levhalar cam ya da kauçuk bir tank içindeki seyreltik sülfürik asitten oluşan elektrolite daldırılır.Her biri 2,05 V luk gerilim üreten ve paralel bağlanmış birkaç lavha çif-tinden oluşan piller, 6 ya da 12 V luk gerilim verecek biçimde seri bağlanır. Her pilin elektroliti, kendi özel bölmesi içindedir.
Boşalma sırasında levhalar kurşun sülfata dönüşürken elektrolitteki sül-fürik asit de tüketilir. Bu arada su açığa çıkar. Akümülatördekalan yük miktarı, elektrolitin suya göre yoğunluğunun (özgül ağırlık) ölçülmesiyle bulunabilir.
Akümülatörden doğru akım geçirildiğinde elektrot tepkimeleri ters yön-de gelişir ve akümülatör yüklenir. Aşırı yükleme yapıldığında elektrolizlenerek hidrojen ve oksijene ayrıştığından, akümülatörde su kaybı olur. Eksilen suyu ta-mamlamak gerekir fakat sülfürik asit eklemeye kesinlikle gerek yoktur.
2. Nikel-Kadmiyumlu Akümülatörler Bu tür akümülatörlerde, potasyum hidroksit çözeltisinden oluşan bir elektrolit, nikel hidroksitten yapılmış bir katot ve kadmiyumdan oluşan bir anot bulunur. Anot ve katot, kadmiyum ve nikel tuzu emdirilmiş ve kimyasal olarak istenen oksitler haline getirilmiş çok gözenekli nikel levhalardır. Yapıştırma levhalı türlerdeyse, etkin maddelerle doldurulmuş cepleri olan, nikel kaplan-mış çelik levhalar kullanılır. Levhaların birindeki etkin madde kadmiyum oksit, öbüründeki nikel hidroksittir.
Levhalar, potasyum hidroksit çözltisiyle doluçelik bir kaba yerleştirilir. Birbirlerine değmelerni engelleyen plastik ya da kauçuk kalıplarla yerlerinde tutuldukları için, gözenekli yalıtıcılara gerek duyulmaz. Potasyum hidroksit tüketilmediğinden, elektrolitin özgül ağırlığı pilde kalan yük miktarını göstermez. Bu tür akümülatörler hafif olduğu için, daha çok radyo gibi taşınabilir aygıtlarda kullanılır. Teknolojinin ilerlemesiyle, telsizlerde kullanılmaya uygun, sızdırmaz nikel-kadmiyumlu piller de yapılabilmiştir.
3. Gümüş-Çinkolu Akümülatörler
Son yıllarda uygulama alanı giderekgenişleyen bir akümülatör türüdür. Bu akümülatörde elektrolit olarak, çinko hidroksitle doyurulmuş potasyum hidroksit kullanılır. Eksi elektrot, ızgaralı bir gümüş perdenin çevresinde yer alan ve elektrolitin aşındırıcı etkisine direnebilmesi için bir miktar cıva katılan gözenekli saf çinko levhadan oluşur. Artı elektrot, genellikle elektrokimyasal yollarla gümüş peroksite yükseltgenmiş, gümüş oksitle sıvalı bir perdedir. Levhalar selüloz yapraklarla birbirinden ayrılarak yalıtılmıştır. Bu akümülatör türü hem hafif olduğu, hem de büyük bir enerji üretebildiği için bazı özel uygulamalarda öbür akümülatör türlerine tercih edilir. Bu akümülatörlerin yükleme ve boşalma sayısı, sonuçta kısa devreye yol açan yalıtkanların kararlılığıyla sınırlıdır. En küçük devri 30 çevrim olan bu ömrün, uygun tasarım-larla 300 çevrime kadar artırılması olanaklıdır.
Bağlantılı
Kaynak: Rehber Ansiklopedisi