Pil ve bataryalar günümüzde çok büyük öneme sahiptir. Kullandığımız elektronik cihazlar enerjiye ihtiyaç duyuyor ve özellikle taşınabilir olanlar pil ve bataryaya ihtiyaç duyar. Taşınabilir tip teknolojik cihazların çoğunda işlemciler, bellekler ve depolama alanları gibi kısımlar beklentileri fazlasıyla karşılayabiliyor. Dizüstü bilgisayar, tablet, cep telefonu, medya oynatıcı gibi mobil ürünlerde boyutlar ve ağırlıklar azalıyor ama batarya kullanım süresiyle ilgili ciddi ilerlemeler göremiyoruz. Bu sebepten çoğu mobil ürünü gün bitmeden şarj etmek ya da yeni piller yerleştirmek gerekebiliyor. Sizlere daha önceki sayılarda kablosuz şarj gibi yeni nesil çözümleri anlatmıştık. Değişik şarj sistemlerinin öne çıkmasının nedeni piller ve şarjlı bataryalardaki kapasitelerin düşük kalması ve daha da kötüsü son cep telefonları, tabletler ve Ultrabook dizüstü bilgisayarlarda bataryanın sabit olması ve değiştirilememesi. Bu sebepten ötürü elimizden geldiğinde dikkatli kullanıma özen gösteriyoruz. Bataryanın daha uzun dayanması için ekran parlaklığını düşürüyor ve kablosuz ağları kapatıyoruz. İşte bu türden çok sayıda teknoloji sürekli olarak güç tüketiyor. Yeni üretim teknikleriyle güç tüketimi azalıyor ama diğer yandan ekranlar genişledikçe bir diğer açıdan bataryalar daha fazla zorlanıyor.
En basit el fenerlerinde bile karşımıza çıkan basit kalem (AA) ya da ince kalem (AAA) pillerden başlayacak olursak ucuz tip kuru pillerin bile bazı özel tasarımlar içerdiğini görebiliriz. Kapalı ve güvenli bir metal hazne içeren pillerin içinde çeşitli kimyasallar ve tabakalar bulunmakta. Elektrokimyasal reaksiyon işlemi sonucunda oluşan akımı ilk kez fark eden İtalyan bilim adamı fizik profesörü Kont Alessandro Volta oldu. 1800’de gerçekleşen denemelerde iki metal plaka arasına tuzlu suya batırılmış karton yerleştirerek ilk sonuçları elde etti. Bu nedenden adını elektrik birimi olan Volt olarak kullanmaya başladık. Daha sonraki denemelerde metallerden biri bakırdan, diğeri kurşundan seçildi ve sıvı olarak sülfürik asit kullanıldı. Farklı türden bu iki metal arasında gerçekleşen iyon hareketiyle oluşan reaksiyon sonucunda elektrik akımı gerçekleşiyordu ama sülfürik asit tehlikeli olduğu için kullanımına sunulması zordu. Bu keşfinden ötürü Napoleón Bonaparte tarafından Kont unvanı verildi ve o zamanın on bin İtalyan Liretine fotoğrafı basıldı.
Telgraflara Güç Veren İlk Piller
Elbette bu ilk pillerin gücü çok düşüktü ve kısa süre dayanabiliyorlardı. 1836’ya gelindiğinde piller ilk kez kullanıma girdi. Bunun gerçekleştiği ilk alan telgraf ağlarıydı çünkü o zamanlar elektrik dağıtım şebekesi türünden bir uygulama yoktu. Büyük ve ağır olmakla birlikte dikkatli biçimde kullanılmaları gerekiyordu çünkü sızıntılar yaşanabiliyordu. Taşınabilir olmadıklarını rahatça anlayabiliyoruz ama elektrik ulaşmayan yerlerde belirli süre besleme yapma şansı tanıyorlardı. Taşınabilir tip pillerin kullanıma girmesi için 19. yüzyıl sonuna kadar beklemek gerekti. Sıvı yerine özel bir macun içeren kuru piller günümüzde de kullanılmaya devam ediyor. Kuru pillerde kurşun taban (negatif kutup) ve gövde, karbon merkezi çubuk (pozitif kutup) ve kimyasal dolgu bulunuyor. Piyasadaki en ucuz pillerde bu sistem kullanılıyor çünkü maliyet düşük. Yeni bir cihaz aldığınızda yeni pillerle geliyorsa büyük olasılıkla kuru piller içeriyor demektir. Uzaktan kumanda, saat, radyo gibi cihazları uzun süre çalıştırabilirler ama düşük maliyetle orantılı olarak ömürleri kısa kalıyor çünkü kapasiteleri düşük.
Genelde Amper-Saat (Ah) ya da mAh olarak bilinen kapasite değeri bir pilin ya da şarjlı bataryanın ne kadar dayanabileceğini belli ediyor. Burada önemli olan nokta çekilen güçtür. Eğer 2000 mAh şarjlı piliniz varsa ve sürekli 1 Amper akım çekiyorsanız o zaman 2 saatte biter. Aksine 100 mA (0.1 A) akım çekerseniz aynı pil 20 saat dayanabilir. Akım değerini belirleyense cihazın güç tüketimi. Örneğin tek bir piller yani 1.5V gerilimle çalışan cihazın güç tüketimi 0.45 Watt ise çektiği akım 0.45W/1.5V = 0.3A yani 300 mA olur. Sonuç olarak Güç (W) = Gerilim (V) x Akım (A) ve Kapasite (Ah) = Akım (A) x Süre (h) olmakta. Örnek vermek gerekirse Japonya’da satılan pillerin sadece yüzde 6’sı kuru tip ama Avrupa Birliği içinde satılan pillerin yüzde 30 kısmı kuru pil. Daha ucuzlar ama kullanım süreleri daha kısadır. Daha da kötüsü raf ömürleri de uzun değil ve bundan ötürü almadan önce kontrol etmekte fayda var. Kampanya görüp bolca stoklamak mantıklı değil. Bitmiş olan kuru pilleri geri dönüşüme göndermeye dikkat etmeliyiz çünkü içlerindeki kimyasallar çevreye zarar verme riski taşıyor.
Alkalin Piller Neden Daha Kaliteli
Alkalin pillerdeyse negatif kutup hala kurşun ama pozitif kutupta manganez dioksit bulunuyor. Üretim maliyeti daha yüksek ama kapasiteleri daha fazla ve yıllarca rafta kalabiliyorlar. ABD’de üretilen pillerin yüzde 80’i alkalin tiptir. AB’de satılan pillerin yaklaşık yarısı alkalin esaslıdır. Oyuncaklar, müzik çalarlar, CD çalarlar, el fenerleri ve dijital fotoğraf makineleri için ideal seçim alkalin piller. Kuru ya da alkalin pillerde standart gerilim 1.5 Volt. Eğer 9V, 12V gibi farklı piller görürseniz iç kısımda birden çok 1.5V ufak pil olduğunu bilmelisiniz. Tabi ölçü aleti ile kontrol ederseniz 1.5-1.65V arası rakamlar okuyabilirsiniz. Kullanım sırasında yani pile yük binince bu gerilim 1.1V dolayına inebilir. Tamamen biten pillerse 1V altına düşerler. Normal kalem piller ısınma olmadan 700 mA’e kadar akıma çıkabilirler. Diğer yandan daha az kullanılan C ve D tip orta ve büyük boy piller de var ama bunlar genelde fenerler ve portatif radyolarda karşımıza çıkıyor. Büyük olmalarının getirisi yüksek kapasite çünkü hem kutuplar, hem de kimyasallar daha fazla. Diğer yandan daha büyük, daha ağır ve pahalılar. Kuru pillerde sızıntı riski yok ama alkalinler zamanla sızıntı yapıp beyaz köpük oluşturabilir. Kalitesiz marka alkalin pil önermiyoruz. Cihazınızın içini berbat edip bozabilirler. Ayrıca uyanık olamaya çalışıp alkalin ya da kuru pilleri şarj etmeye çalışmayın! Bazı kişiler eski pilleri sobada ısıtıp tekrar kullanmayı denemekte. Isınan kimyasallar kısa süreli canlanma yaşayabilir ama riski bir işlem ve patlama sonucu asit fışkırması yaşanabilir! Piller için en ideal çalışma ortamı 20C oda sıcaklığıdır ve buna göre geliştirilirler. Alkalin piller de bitince geri dönüşüme yönlendirilmeli. Ancak günümüzde asıl öne çıkanlar şarjlı bataryalar olmakta ve bundan ötürü yıllarca kullanıp çöpe atmak zorunda kalmıyoruz. Şarjlı sistemde de belirli metaller ve kimyasallar var ama farklı yöntemler işliyor. Sanıldığı kadar yeni değiller çünkü uzun zamandır arabalarda kullanılan aküler de şarjlı birer batarya. Motora bağlı şarj dinamosunun ürettiği güçle şarj oluyorlar ama araba birkaç hafta kullanılmazsa akü boşalabiliyor çünkü şarjlı piller sahip oldukları iç dirençten ötürü zamanla boşalmaktalar. Neyse ki kolayca ve en az yüzlerce kez şarj edebiliyoruz. Şarj sırasında pile güç veriyoruz ve içerdeki elektron akışını terse çevirip dolmalarını sağlıyoruz.
Lityum-iyon Şarj Edilebilir Bataryalar
Eski şarjlı bataryalarda nikel ve kadmiyum kullanılıyordu. Bunlarda hafıza etkisi gibi sorunlar vardı. Zamanla yerlerini nikel metal hibrit seçenekler aldı. Yıllarca kullanabiliyoruz ama şarj edilen piller uzun süre rafta duramıyor ve kendiliğinden boşalıyor. Ayrıca çok kez şarj gerçekleşince sunulan kapasite kademeli olarak azalıyor. NİCd ve sonrasında NİMH piller AA ve AAA olarak sıkça üretildi. Bunların karakteristik özelliği çalışma geriliminin 1.5 değil 1.2 Volt olması ama yüksek akım sunabilmekteler. Günümüzde AA tipte ortalama kapasite 2000 mAh. İncelen mobil cihazlar içinse daha hafif ve tabaka şekline girebilen lityum – iyon ve lityum – polimer bataryalar geliştirildi. LİOn/LiPo bataryaları AA ya da AAA tipte bulamıyoruz. Aksine arabalardaki kurşun-asit içeren aküler çok büyük ve dayanıklı. Şarjlı bataryaların ilk maliyeti yüksek olsa da yıllar içinde bunun karşılığını fazlasıyla veriyorlar. Aşırı hızlı ya da uzun süreli şarja tabi tutarak ömürlerini kısaltmamaya dikkat etmelisiniz. Pahalı tip akıllı şarj aletleri bataryayı kontrol ederek doluluk durumuna göre kesintili akım verebiliyor. Dikkat ederseniz şarjlı bataryalar içeren elektrikli arabalar bile çoğalıyor yani daha da parlak geleceğe sahipler.
