Farklı pil türleri ve uygulamaları

Bir pil, bir devre içindeki elektronların akışını oluşturmak için kimyasal reaksiyonlara giren bir veya daha fazla hücrenin bir koleksiyonudur. Batarya teknolojisinde pek çok araştırma ve ilerleme var ve sonuç olarak, şu anda dünya çapında çığır açan teknolojiler deneyimlenmekte ve kullanılmaktadır. Üretilen elektrik enerjisini depolama ihtiyacı nedeniyle piller devreye girdi. İyi miktarda enerji üretiliyor olsa da, enerjinin depolanması önemliydi, böylece üretim kesintiye uğradığında veya ana şebekeden beslemeye bağlı tutulamayan bağımsız cihazlara güç verme ihtiyacı olduğunda kullanılabilir. Burada pillerde sadece DC saklanabileceği, AC akımının saklanamayacağı unutulmamalıdır.

Pil hücreleri genellikle üç ana bileşenden oluşur;

Anot (Negatif Elektrot)
Katot (Pozitif Elektrot)
Elektrolitler

Anot, pilin bağlı olduğu harici devreye elektron üreten bir negatif elektrottur. Bataryalar bağlandığında, anotta iki elektrot arasında potansiyel bir farka neden olan bir elektron birikimi başlatılır. Elektronlar daha sonra doğal olarak kendilerini yeniden dağıtmaya çalışırlar, bu elektrolit tarafından engellenir, böylece bir elektrik devresi bağlandığında, elektronların anottan katoda hareket etmesi için açık bir yol sağlar ve böylece bağlı olduğu devreye güç sağlar. Anot, Katot ve Elektrolit oluşturmak için kullanılan düzenlemeyi ve malzemeyi değiştirerek, farklı tipte pil hücreleri tasarlamamıza olanak tanıyan birçok farklı pil kimyası elde edebiliriz. Bu makalede, farklı pil türlerini ve kullanımlarını anlayalım, öyleyse başlayalım.

Pil Türleri

Piller genel olarak kimyasal bileşim, boyut, biçim faktörü ve kullanım durumlarına göre farklı kategorilere ve türlere ayrılabilir, ancak tüm bunların altında iki ana pil türü vardır;

Birincil Piller
İkincil Piller

Öncelikli hücre ile İkincil Hücre arasındaki temel farkları anlamak için daha derinlemesine bir göz atalım .

1. Birincil Piller

Birincil piller, bittikten sonra yeniden şarj edilemeyen pillerdir. Birincil piller, elektrokimyasal reaksiyonu tersine çevrilemeyen elektrokimyasal hücrelerden yapılmıştır.

Birincil piller , düğme pillerden AA pillere kadar değişen farklı biçimlerde bulunur. Genellikle şarjın pratik olmadığı veya imkansız olduğu bağımsız uygulamalarda kullanılırlar. Askeri sınıf cihazlarda ve pille çalışan ekipmanlarda bunun güzel bir örneği. Askerlerin aklındaki son şey bir pili şarj etmek olacağı için şarjlı pil kullanmak pratik olmayacaktır. Birincil piller her zaman yüksek özgül enerjiye sahiptir ve kullanıldıkları sistemler, pilin mümkün olduğu kadar uzun süre dayanmasını sağlamak için her zaman düşük miktarda güç tüketecek şekilde tasarlanmıştır.

Birincil pil kullanan cihazların bazı diğer örnekleri arasında; Hız belirleyiciler, Hayvan izleyiciler, Kol saatleri, uzaktan kumandalar ve çocuk oyuncakları bunlardan birkaçı.

En popüler birincil pil türü alkalin pillerdir. Yüksek özgül enerjiye sahiptirler ve çevre dostudur, uygun maliyetlidirler ve tamamen deşarj edildiklerinde bile sızıntı yapmazlar. Birkaç yıl saklanabilirler, iyi bir güvenlik siciline sahip olabilirler ve UN Transport ve diğer düzenlemelere tabi olmadan bir uçakta taşınabilirler. Alkalin pillerin tek dezavantajı, kullanımını uzaktan kumandalar, fenerler ve taşınabilir eğlence cihazları gibi düşük akım gereksinimlerine sahip cihazlarla sınırlayan düşük yük akımıdır.

2. İkincil Piller

İkincil piller, aküye ters yönde belirli bir voltaj uygulanarak kimyasal reaksiyonları tersine çevrilebilen elektrokimyasal hücreli pillerdir. Yeniden şarj edilebilir piller olarak da adlandırılan ikincil piller, birincil pillerden farklı olarak, pil üzerindeki enerji tükendikten sonra yeniden şarj edilebilir.

Tipik olarak yüksek enerji tüketen uygulamalarda ve tek şarjlı pillerin kullanılmasının çok pahalı veya pratik olmayacağı diğer senaryolarda kullanılırlar. Küçük kapasiteli ikincil piller, cep telefonları gibi taşınabilir elektronik cihazlara ve diğer aletlere ve cihazlara güç sağlamak için kullanılırken, ağır hizmet tipi piller, çeşitli elektrikli araçlara ve elektrik üretiminde yük dengeleme gibi diğer yüksek enerji tüketen uygulamalarda kullanılır. Elektrik sağlamak için İnvertörlerin yanında bağımsız güç kaynakları olarak da kullanılırlar. Şarj edilebilir pilleri edinmenin ilk maliyeti her zaman birincil pillerden çok daha yüksek olsa da, bunlar uzun vadede en uygun maliyetli olanlardır.

İkincil piller, kimyalarına bağlı olarak birkaç başka türe sınıflandırılabilir . Bu çok önemlidir, çünkü kimya pilin kendine özgü enerjisi, döngü ömrü, raf ömrü ve birkaçından bahsetmek için fiyatı dahil bazı özelliklerini belirler.

Aşağıda, yaygın olarak kullanılan farklı şarj edilebilir pil türleri yer almaktadır.

Lityum iyon (Li-ion)
Nikel Kadmiyum (Ni-Cd)
Nikel-Metal Hidrit (Ni-MH)
Kurşun Asit

1. Nikel-Kadmiyum Piller

Nikel-kadmiyum pil (NiCd pil veya NiCad pil), elektrot olarak nikel oksit hidroksit ve metalik kadmiyum kullanılarak geliştirilmiş bir şarj edilebilir pil türüdür. Ni-Cd piller, kullanılmadıklarında voltajı koruma ve şarj tutma konusunda mükemmeldir. Bununla birlikte, NI-Cd piller, kısmen şarj edilmiş bir pil yeniden şarj edildiğinde, pilin gelecekteki kapasitesini düşürerek korkunç "hafıza" etkisinin kurbanı olabilir.

Ni-Cd piller, diğer şarj edilebilir pil türleriyle karşılaştırıldığında, düşük sıcaklıklarda makul bir kapasite ile iyi bir yaşam döngüsü ve performans sunar, ancak en önemli avantajları, yüksek deşarj oranlarında tam oranlı kapasitelerini sunabilmeleri olacaktır. Alkalin piller için kullanılan boyutlar da dahil olmak üzere farklı boyutlarda mevcutturlar, AAA ila D. Ni-Cd piller tek tek veya iki veya daha fazla hücreli paketler halinde bir araya getirilerek kullanılır. Küçük paketler taşınabilir cihazlarda, elektronik cihazlarda ve oyuncaklarda kullanılırken, daha büyük olanlar uçak çalıştırma pillerinde, Elektrikli araçlarda ve yedek güç kaynağında uygulama bulur.

Nikel-Kadmiyum pillerin bazı özellikleri aşağıda listelenmiştir.

Özgül Enerji: 40-60W-h / kg
Enerji Yoğunluğu: 50-150 Wh / L
Özgül Güç: 150W / kg
Şarj / deşarj verimliliği:% 70-90
Kendi kendine deşarj oranı:% 10 / ay
Döngü dayanıklılığı / ömrü: 2000 döngü

2. Nikel Metal Hidrit Piller

Nikel metal hidrit (Ni-MH), şarj edilebilir piller için kullanılan başka bir kimyasal konfigürasyon türüdür. Pillerin pozitif elektrotundaki kimyasal reaksiyon, nikel-kadmiyum hücresininkine (NiCd) benzerdir, her iki pil tipi de aynı nikel oksit hidroksit (NiOOH) kullanır. Bununla birlikte, Nikel-Metal Hidrit'teki negatif elektrotlar, NiCd pillerde kullanılan kadmiyum yerine hidrojen emici bir alaşım kullanır.

NiMH piller, yüksek kapasiteleri ve enerji yoğunlukları nedeniyle yüksek enerji tüketen cihazlarda uygulama alanı bulur. Bir NiMH pil, aynı boyuttaki bir NiCd pilin kapasitesinin iki ila üç katı kapasiteye sahip olabilir ve enerji yoğunluğu bir lityum iyon pilinkine yaklaşabilir. NiCd kimyasının aksine, NiMH kimyasına dayalı piller, NiCads'in yaşadığı "bellek" etkisine duyarlı değildir.

Aşağıda, Nikel-metal hidrit kimyasına dayalı pillerin bazı özellikleri bulunmaktadır;

Özgül Enerji: 60-120h / kg
Enerji Yoğunluğu: 140-300 Wh / L
Özgül Güç: 250-1000 W / kg
Şarj / deşarj verimliliği:% 66 -% 92
Kendi kendine deşarj oranı: 20 ^o C'de ayda% 1.3-2.9
Döngü Dayanıklılığı / ömrü: 180-2000

3. Lityum İyon Piller

Lityum iyon piller, en popüler şarj edilebilir pil türlerinden biridir. Birçok farklı Lityum pil türü vardır, ancak tüm lityum iyon piller arasında en yaygın olarak kullanılan pillerdir. Bu lityum pillerin, elektrikli araçlar ve diğer taşınabilir cihazlar arasında yaygın olarak farklı şekillerde kullanıldığını görebilirsiniz. Elektrikli araçlarda kullanılan piller hakkında daha fazlasını merak ediyorsanız Elektrikli Araç Pilleri hakkındaki bu makaleye göz atabilirsiniz. Cep telefonları, akıllı cihazlar ve evde kullanılan diğer birkaç pil cihazı dahil olmak üzere farklı taşınabilir cihazlarda bulunurlar. Ayrıca hafif yapıları nedeniyle havacılık ve askeri uygulamalarda da uygulamalar bulurlar.

Lityum iyon piller, negatif elektrottan gelen lityum iyonlarının deşarj sırasında pozitif elektrota göç ettiği ve pil şarj edilirken negatif elektrota geri döndüğü yeniden şarj edilebilir bir pil türüdür. Li-ion piller, şarj edilemeyen lityum pillerde kullanılan metalik lityum ile karşılaştırıldığında, bir elektrot malzemesi olarak interkalasyonlu bir lityum bileşiği kullanır.

Lityum iyon piller, diğer pil türlerine kıyasla genellikle yüksek enerji yoğunluğuna, çok az veya hiç bellek etkisine ve düşük kendi kendine boşalmaya sahiptir. Performans ve maliyetin yanı sıra kimyaları, farklı kullanım durumlarına göre farklılık gösterir; örneğin, elde taşınan elektronik cihazlarda kullanılan Li-ion piller genellikle lityum kobalt oksit (LiCoO ₂) temel alınarak, Li-ion hasar gördüğünde yüksek enerji yoğunluğu ve düşük güvenlik riskleri sağlar. Daha düşük enerji yoğunluğu sunan Lityum demir fosfat bazlı piller, talihsiz olayların meydana gelme olasılığının azalması nedeniyle daha güvenlidir, elektrikli aletlere ve tıbbi ekipmanlara güç sağlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Lityum iyon piller, en yüksek oranı sunan lityum sülfür pil ile en iyi performans / ağırlık oranını sunar.

Lityum iyon pillerin bazı özellikleri aşağıda listelenmiştir;

Özgül Enerji: 100: 265W-h / kg
Enerji Yoğunluğu: 250: 693 Wh / L
Özgül Güç: 250: 340 W / kg
Şarj / deşarj yüzdesi:% 80-90
Döngü Dayanıklılığı: 400: 1200 döngü
Nominal hücre voltajı: NMC 3.6 / 3.85V

4. Kurşun Asitli Aküler

Kurşun asitli aküler, ağır hizmet uygulamalarında kullanılan, düşük maliyetli, güvenilir bir güç iş atıdır. Genellikle çok büyüktürler ve ağırlıklarından dolayı her zaman güneş paneli enerji depolama, araç ateşleme ve ışıklar, yedek güç ve güç üretimi / dağıtımında yük dengeleme gibi taşınabilir olmayan uygulamalarda kullanılırlar. Kurşun asit, en eski şarj edilebilir pil türüdür ve günümüz dünyasında hala çok alakalı ve önemlidir. Kurşun-asit aküler çok düşük enerji / hacim ve enerji / ağırlık oranlarına sahiptir, ancak nispeten büyük bir güç / ağırlık oranına sahiptir ve sonuç olarak, gerektiğinde çok büyük dalgalanma akımları sağlayabilir. Düşük maliyetinin yanı sıra bu özellikler, bu pilleri otomobil marş motorlarına güç sağlamak ve yedek güç kaynaklarında depolama gibi birçok yüksek akım uygulamasında kullanım için çekici kılar.Farklı Kurşun-asit pil türleri, yapıları ve uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, Kurşun Asitli Pil çalışma makalesine de göz atabilirsiniz.

Bu pillerin her birinin en uygun alanı vardır ve aşağıdaki resim, aralarında seçim yapmanıza yardımcı olmak içindir.

Uygulamanız için doğru pili seçme

IoT gibi teknoloji devrimlerini engelleyen ana sorunlardan biri güçtür, pil ömrü, uzun pil ömrü gerektiren cihazların başarılı bir şekilde konuşlandırılmasını etkiler ve pilin daha uzun süre dayanmasını sağlamak için birkaç güç yönetimi tekniği benimsenmiş olsa da, yine de uyumlu bir pil seçilmelidir. istenen sonuca ulaşmak için.

Aşağıda, projeniz için doğru pil türünü seçerken dikkate almanız gereken bazı faktörler bulunmaktadır.

1. Enerji Yoğunluğu: Enerji yoğunluğu, birim kütle veya hacim başına depolanabilen toplam enerji miktarıdır. Bu, cihazınızın yeniden şarj edilmesi gerekene kadar ne kadar açık kalacağını belirler.

2. Güç Yoğunluğu: Birim kütle veya hacim başına maksimum enerji deşarj oranı. Düşük güç: dizüstü bilgisayar, i-pod. Yüksek güç: elektrikli aletler.

3. Güvenlik: Yapmakta olduğunuz cihazın çalışacağı sıcaklığı dikkate almak önemlidir. Yüksek sıcaklıklarda, bazı pil bileşenleri bozulur ve ekzotermik reaksiyonlara girebilir. Yüksek sıcaklıklar genellikle çoğu pilin performansını düşürür.

4. Kullanım ömrü dayanıklılığı: Çoğu uygulamanın gerektirdiği uzun pil ömrü için, bir pilin tekrarlanan döngülü (şarj etme ve boşaltma) enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğunun kararlılığı gereklidir.

5. Maliyet: Maliyet, alacağınız mühendislik kararlarının önemli bir parçasıdır. Pil seçiminizin maliyetinin performansıyla orantılı olması ve projenin genel maliyetini anormal şekilde artırmaması önemlidir.