Neden farklı şekil ve büyüklüklere sahip çok fazla pil tipi var?

Küçük, yuvarlak ve yassı pillerden popüler AA ve AAA silindirik pillere kadar, cihazlarımızda (ve muhtemelen çekmecelerimizin derinliklerinde) pek çok farklı pil türü bulunuyor. Ayrıca pil dediğimizde aklımıza sadece bunlar da gelmemeli, dizüstü bilgisayarlarda ve hatta otomobillerde bulunan farklı piller olduğunu unutmamamız gerekiyor.

Peki, neden bu kadar farklı pil tipi veya boyutu olduğunu hiç düşündünüz mü? Bütün bu farklı pil türlerinin neden birçok farklı boyut ve şekilde bulunduğunu ve birçok amaca hizmet ettiğini anlamak için pillerin nasıl ortaya çıktığına ve yıllar içinde nasıl geliştiklerine bakmamız lazım.

İlk piller

İlk piller 1800’lü yıllarda yapıldı ve oldukça basitti. İlk gösterimlerden biri, İtalyan bilim insanı Alessandro Volta’nın elektrik akımı yarattığını tespit ettiği tuzlu suya batırılmış bir dizi metal diskti. İlk kurşun-asit batarya (günümüzde otomobil akülerinde kullanılanlar gibi), bir kavanoz sülfürik asit içindeki birkaç parça kurşundan yapılmıştı. Modern versiyonların da bunlardan temelde çok farklı olmadığını söyleyebiliriz. Elbette performansı artırmak için çeşitli katkı maddelerine sahipler.

Piller nasıl çalışıyor?

Her durumda piller aynı şekilde çalışır: İki farklı elektrot arasındaki voltaj farkı, bir cihaza güç sağlamak için boşaltılabilen bir elektrik akımı üretir. Şarj edilebilir piller daha sonra tekrar şarj olurken bu akımı tersine çevirebilir. Pilin içindeki elektrik akımına, iyonların bir sıvı olan elektrolitten akışı eşlik eder.

Akımdaki her elektronun geçişine, bir iyonun elektrolitten taşınması eşlik eder. Daha fazla iyon depolayabilen elektrotlar, daha fazla şarj tutabilen ve dolayısıyla tek şarjla daha uzun süre dayanabilen pillerin oluşturulmasını sağlar. Daha hızlı iyon depolamak için tasarlanan elektrotlar, yüksek güçlü uygulamalar için daha hızlı deşarj olabilen pilleri oluşturur. Son olarak, bozulmadan defalarca şarj ve deşarj olabilmek, pillerin uzun ömürlü olmasını sağlar.

Kurşun-asit batarya, 1859 yılında asidik bir çözelti içinde kurşun plakalarla deneyler yapan ve elektrik akımının akışının ve depolanmasının tersine çevrilebileceğini bulan Gaston Plante tarafından icat edilen ilk şarj edilebilir bataryaydı.

Kurşun-asit bataryanın, bir otomobili çalıştırmaya yetecek derecede şarj sağlayacak kadar büyük olması gerekir. Ayrıca soğuk iklimlerde kullanılabilmeli ve uzun yıllar dayanabilmelidir. Elektrolit aşındırıcı bir asit olduğundan, insanları ve otomobil parçalarını olası zararlardan korumak için dış kaplamanın sağlam olması gerekir. Bütün bu sebeplerden dolayı, modern kurşun-asit bataryaların büyük ve ağır olması mantıklıdır.

Buna karşılık, hesap makineleri ve dijital teraziler gibi ev aletleri, çok fazla şarj gerektirmedikleri için daha küçük piller kullanabilirler. Bunlar temel olarak onlarca yıldır kullanılan, şarj edilemeyen alkalin pillerdir. Standartlaştırılmış hücre boyutları AAAA, AAA, AA, C ve D’nin yanı sıra düğme ve yassı piller ve diğer pek çok seçenekten oluşur. Boyutlar, ne kadar şarj depoladıklarıyla (pil ne kadar büyükse, o kadar fazla tutar) ve çalıştırdıkları cihazların boyutlarıyla ilgilidir.

9 volt piller gibi bazı alkalin piller dikdörtgen şekillerde de satılabilir, ancak bunların dış muhafazalarını açarsanız, içlerinde birbirine bağlı birkaç silindirik hücre bulunduğunu görürsünüz. Silindirik piller o kadar uzun süredir var ve o kadar yaygın olarak kullanılıyor ki şirketlerin farklı bir şey üretmesi mantıklı gelmiyor. Anlaşılır bir şekilde, hiçbir şirket, zorunlu olmadıkça üretim tesislerini değiştirmek için gereken yatırımları yapmak istemiyor.

Nikel-kadmiyum piller, ev elektroniği alanında yaygın olarak kullanılan ilk şarj edilebilir pillerdi ve 20. yüzyılın sonuna kadar popülerdi. Ancak kadmiyumun çok zehirli olması ve bu pillerin, ömürlerini kısaltan bir “hafıza etkisine” sahip olmaları bu pillerin en büyük sorunları arasındaydı.

Lityum iyon piller

Lityumun, çok fazla enerji depolayan hafif bir metal olarak benzersiz özellikleri nedeniyle potansiyel olarak şarj edilebilir kullanımı on yıllar boyunca araştırıldı. Sony, lityum iyon pili ilk kez 1991 yılında ticarileştirdi.

Şirket, üretimi en kolay seçenek olduğu için silindirik piller üretti. Sony, 1990’larda çok sayıda video kamera ve kaset üretiyordu ve dolayısıyla rulodan ruloya üretim için çok sayıda ekipmana sahipti. Bu ekipmanların, bakır veya alüminyum levhalar üzerine film dökülerek ve daha sonra bunların bir “jöle rulosu” silindirine sarılmasıyla yapılan akü elektrotları ruloları üretmek üzere yeniden kullanılması doğaldı.

Bu silindirik hücrelerin kalın muhafazası mekanik olarak sağlamdır ve başka bir güvenlik katmanı eklemek için basınç tahliye vanasına sahiptirler. Bu ilk lityum-iyon piller, nikel-kadmiyum şarj edilebilir pillerden daha fazla enerji depoladıkları ve daha uzun süre dayandıkları için, özellikle dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları olmak üzere taşınabilir elektronik pazarını çok hızlı bir şekilde ele geçirdiler.

Kısacası piller, maliyet ve üretilebilirlik nedeniyle belirli boyutlarda ve şekillerde yapılır, ancak bazı durumlarda eski üretim süreçleri de şekillerinde rol oynar. Cihaz üreticileri de, cihazları için gerek duyulan enerjiyle bağlantılı olarak belli bir pil türünü seçebilir.