Akümülatörler ve Akümülatör Çeşitleri

Konusu 'Fizik' forumundadır ve RüzGaR tarafından 30 Eylül 2010 başlatılmıştır.

  1. RüzGaR Super Moderator


    Akümülatörler ve Akümülatör Çeşitleri
    Akümülatörler; boşalma yönünün tersinde elektrik akımı verildiğinde do-lan, tersinir pillerdir. Akım verildiğinde, boşalma sırasında gerçekleşen kimyasal süreçler tersine döner ve boşalma-dolma çevirimi sırasında yitirilen bir miktar enerji dışında, akümülatör yeniden eski durumuna gelir.

    1839’da İngiliz hukukçu Sir William Grove’un tasarladığı platin elektrotlu pil, doldurulabilir pilin yapımında ilk adımdı. Suyun, yüksek sıcaklıklara kadar ı-sıtılan platin elektrotların etkisiyle hidrojen ve oksijene ayrışmasına dayanan bu pil, tasarım aşamasında kaldı. Doldurulabilen ilk pilin yapımını 1859’da Fransız fizikçi Gaston Planté başardı. Kurşunlu akümülatör denen ve bugün de en çok kullanılan akümülatör türlerinden biri olan bu aygıtın ilk biçimi, araların kauçuk şeritler yerleştirilerek birbirine dolanmış ve yüzde 10’luk sülfürik asit çö-zeltisine daldırılmış iki kurşun levhadan oluşuyordu. Levhalara elektirk akımı verildiğinde enerjiyi depolayabilen bu aygıt, aldığı enerjiyi büyük bir hızla, dola-yısıyla şiddetli bir akım halinde geri verebiliyordu. Ne var ki, yaklaşık 20 yıl bo-yunca yalnız laboratuvar araştırmalarına konu olduktan sonra bugün kullanı-lan kurşunlu akümülatöre dönüşebildi. Günümüzde kurşunlu akümülatörden başka nikel-kadmiyumlu, nikel-demirli ve gümüş-çinkolu akümülatörler de kullanılmaktadır

    AKÜMÜLATÖRÜN ÇALIŞMA PRENSİBİNİN İNCELENMESİ
    DENEYİN AMACI:
    Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye çevirmek, depola-nan enerjiyi tekrar elektrik enerjisine çevirerek “şarj ve deşarj” olaylarını gör-mek.

    KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:
    1.döküm ayak (2 adet)
    4.hertz ayağı (2 adet)
    7.ampul (2,5 volt)
    10.sülfirik asit

    2.statif çubuk
    5.kurşun levha(2 adet)
    8.geniş beherglas
    11.güç kaynağı

    3.bağlama parçası
    6.bağlantı kablosu
    9.ampul duyu

    DENEYİN YAPILIŞI:
    1-Döküm ayağa statif çubukları bağlayınız. Üstüne bağlama parçası yardımıyla hertz ayaklarını tutturunuz.

    2-Beherglas içerisine üçte iki kadar su koyunuz. İçerisine az miktar sülfirik asit koyunuz.

    3-Hertz ayaklarına 2 tane kurşun levhayı bağlayınız. Kurşun levhaları hazırladığınız sülfirik asit çözeltisine daldırınız.

    4-Hertz ayaklarının küçük deliklerine bağlantı kablolarını takınız. Bağlantı kablosunun bir ucunu güç kaynağının (+) kutbuna, diğer ucunu da (-) kutbuna bağlayınız.

    5-Tüm bağlantıları yapıp şekildeki düzeneği oluşturduktan sonra güç kaynağını 6-8 volt arasında açınız.

    6-Asidin içerisindeki kurşun levhalardan kabarcıklar çıkacaktır. 5 dakika bekleyiniz. Sonra güç kaynağındaki bağlantı kablolarını söküp, hemen ampul duyuna bağlayınız. Ampulun yandığını gözleyiniz.

    DENEYİN SONUCU:
    Akümülatörler doldurulurken elektrik enerjisini depolar, boşalırken de biriktirdikleri enerjiyi kimyasal yolla elektrik akımına çevirirler.

    TEORİK BİLGİ:
    Akümülatör (halk dilinde akü olarak bilinir) ; elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek depolayan, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilen doğru akım kaynaklarıdır.

    Akümülatörde elektrolit olarak sülfirik asit çözeltisi, elektrot olarak da genellikle kurşun elektrotlar kullanılır.Sülfirik asit içerisine konulan kurşun elekrotlarda potansiyel fark oluşturmak için doğru akım kaynağına bağlanır (ŞARJ). Bir süre (5 dk.) akım verilerek elektrotlarda potansiyel fark oluşturulur. Bu durumda (-) kutba bağlı elektrot kurşun (Pb+), (+) kutba bağlı elektrot ise kurşun dioksit (PbO2) haline gelir. Elektrolit içinde iki farklı elektrot gibi davranırlar ve akım verebilecek doğru akım kaynağı elde edilir. Devreye voltmetre bağlanırsa potansiyel farkın 2,2 volt olduğu görülür. Bu değer kısa sürede 2 volta düşer ve bir müddet bu değerden akım verir.

    Elektrotlar aynı kap içerisinde farklı gözlere konup seri bağlanırsa “akü” elde edilir. Akümülatör akım verirken doldurma sırasındaki olaylar tersine döner. Bu olaya “DEŞARJ” denir.

    AKÜMÜLATÖR ÇEŞİTLERİ
    I. 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 önlendi. Bugünkü kurşunlu akümülatörlerde yüzde 5 oranında antimon içeren kurşun alaşımlardan yapılma ızgaralar kullanılır. Levhalar kurşun monoksit ve seyreltik 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.

    II. 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.

    III. 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.

    VI. 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.turkeyarena.net 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.
     



Sayfayı Paylaş