Elektriğin bulunduğu zamanlardan
beri elde edilen fazladan elektriği depolayıp sonradan kullanmanın
çeşitli yolları araştırılmıştır. Örneğin, konu hakkında yeterli bilgisi
olmayan birçok insandan dünyanın enerji ihtiyacını karşılamak için,
yıldırım-şimşek olaylarındaki elektriği depolamanın bir çözüm olabileceği
fikrini duymuş olabilirsiniz. Mantıklı bir fikir gibi görünse de
bu büyüklükte enerjiyi depolayabilmenin pratik bir yolu bulunmamaktadır.
Günümüz teknolojisi özellikle mobil araçlar ve kesintisiz enerjiye
ihtiyaç duyan alanlarda daha önce depo edilen enerjiyi sonradan kullanmak
üzere oluşturulan akümülatörlere ihtiyaç duymaktadır. Doğru akımla
elektrikle doldurulabilen ve ihtiyaç duyulduğunda bu elektrik akımının
kullanılmasına fırsat veren cihazların genel ismi akümülatördür. Kısaca "akü" olarak
adlandırılan akümülatörlerin sahip olduğu enerji tükendiğinde tekrardan
doldurulabilir.
Akümülatörlerdeki
yükleme ve boşalma olayları kimyasal reaksiyonlara dayanır.
Birçok akü türü olmakla birlikte çoğunun bilimsel dayanağı
elektrotlarda gerçekleşen yükseltgenme ve indirgenme
tepkimelerine dayanır. Bilindik bir kimya kavramı olan redox tepkimelerinin
temeli bir elektrotta elektron verişi, diğer elektrotta ise elektron
tutulması olarak oluşur. Bir iletken
yardımıyla karşı elektrota geçmek isteyen
elektronlar devre tamamlandığı sürece elektrik akımın
oluşmasını sağlar.
Akümülatörler kullanılan elektrotun ve elektrolitin cinsine göre
çeşitli türlere ayrılır.
Kurşunlu Akümülatörler:
1859'da
G. Planté tarafından bulunan tip en çok kullanılan akülerdendir.
Kurşun(Pb) ve Kurşun oksitten (PbO2)
iki levhanın sülfürik asit çözeltisine batırılmış olarak
bulunduğu akümülatörlerde aşağıdaki kimyasal tepkimeler
gerçekleşir:
Pb (s) + SO42- (suda) ---> PbSO4 (s) +
2e- (Negatif elektrot)
PbO2 (s) + SO42- (aq) + 4H+ (aq) +
2e- ---> PbSO4 (s) +
2H2O (potitif e.)
Tepkimelerin şekli için tıklayın
Ortalama %60 verimle çalışan bu akü türleri daha ziyade
otomobillerde kullanılır. -18 derecenin altında verimleri
oldukça düşmektedir. Ayrıca uzun süre kullanılmayan akülerin
enerjileri zamanla yok olmaktadır.
|
Gaston Planté (1834-1889) |
Nikel - Kadmiyumlu
Aküler( Ni - Cd )
Bu aküler alkali akü olarak
da anılmaktadır. kurşunlu akülerdeki asitli çözelti yerine(elektrolit)
baz çözeltiler kullanılır. 20. yüzyıldan beri kullanılan bu
türün icadı Edison'un çalışmaları sonrasında olmuştur.
Nikel kadmiyum aküler diğer akülere göre oldukça dayanıklıdır. Ortalama ömürleri
30 yıldır. Bakımları çok kolaydır. -20 ila 50 derece arasında yüksek verimle
çalışırlar. Bazı türleri -40 derecelere kadar dayanabilir.
Uzun
deşarj(boşalma) süreleri ni-cd aküleri endüstriyel uygulamalarının
kullanım alanına sokmuştur. Sinyalizasyon sistemlerinde,
cep telefonu baz istasyonlarında vb. kullanılabilirler.
Bu bataryalar daha ziyade tampon batarya olarak adlandırılır.
Tampon akülerin bir ucu şebeke gerilimine bağlıdır ve
elektrik kesintilerinde veya yetersizliğinde devrenin
kararlılığını sağlarlar. Bu akülerde aşağıdaki reaksiyon
gerçekleşir:
2Ni (OH)3Cd ------->
2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Nikel-Demirli Akümülatörler
Edison pili olarak da bilinen ve hem daha uzun ömürlü, hem de daha sağlam olduğu için bir zamnalar çok kullanılan nikel-demirli akümülatör, giderek yerini nikel- kadmiyumlu akümülatörlere bırakmaktadır. Nikel-demirli akümülatörlerde artı elektrot iletkenliği artırmak üzere içine grafit katılan nikel hidroksitle doldurulmuş, nikel kaplı çelik ceplerden oluşur. Eksi elektrotlar da demir tozu, demir (II) oksit ve cıva oksitle doldurulmuş yine cep biçiminde elemanlardır. Boşalma sırasında demir, demir (II) oksite dönüşürken, nikel (II) hidroksit de nikel (III) hidroksite dönüşür. Yükleme sırasında bu süreç tersine döner. Elektrolit olarak, aygıtın kapasitesini artırmak için az miktarda lityum hidroksit eklenen potasyum hidroksit kullanılır. |