Pil Nedir?

Piller, batarya içerisinde bulunan 2 adet elektrot ve 1 adet elektrolit sıvısıyla birlikte çalışır. Pil kasası içerisine sıkıştırılan kimyasal maddenin, elektrik enerjisine çevrilmesi sonucu enerji ortaya çıkmaktadır. İyonların elektrolit ile kimyasal reaksiyona girmesiyle iki kutba da (pozitif + ve negatif -) enerji gönderilir. Bahsedilen işlem elektrolit sıvısı bitene dek devam eder. Örneğin bir kumandaya koyulan pilin, kimyasal reaksiyondan sonra iki kutbundan geçen güç, kumandayı çalıştırarak işler. Kimyasal elektrolit elektrik enerjisine çevrilmezse pil çalışmaz.

Pilin amacı, içerisinde barındırdığı kimyasalları elektrik enerjisine dönüştürerek mobil bir şekilde kullanım olanağı sağlamaktır. Pilin iki adet elektrot arasında yer almakta olan elektrolit adında bir kimyasal bulunur. Güvenlik amacıyla bu yapı, plastik veya metal bir kılıf içerisinde bulundurulur. İçeride yer almakta olan elemanlara bağlı olarak dış tarafta negatif ve pozitif olmak üzere iki adet terminal yer almaktadır. Pilin her iki elektrotu da bir devreye bağlandığı zaman, bu durum elektrolitin harekete geçmesine sebep olur. Buna bağlı olarak elektrolit içerisindeki kimyasallar daha farklı maddelere dönüşerek kimyasal reaksiyon yaratmaktadır. Bu işlem sırasında elektrik enerjisi açığa çıkmakta ve dış taraftaki ilgili kanallardan açığa verilmektedir.

Pilin kullanım amacı, elektrik enerjisine ihtiyaç duyulan herhangi bir anda bu enerjiyi temin edebilmektir. Buna ek olarak enerjinin mobilize edilmesi ve taşınabilir hale getirilmesi de pilin kullanım amaçları arasında yer almaktadır. Santrallerde üretilen elektriklerin kullanılabilmesi için büyük sabit trafolarla dağıtılması ve sabit şebekelerden çekilmesi gerekmektedir. Bu durum, enerjinin yalnızca üretildiği anda ve sabit bir şekilde kullanılmasına olanak sağlar.

Gündelik hayatta birden çok kullanım alanına sahip piller, en basit cihazlardan yüksek çalışma performansına sahip araçlara kadar enerji için kullanılmaktadır. Ölçüm aygıtları, küçük el aletleri, kumandalar, oyuncaklar, alarm cihazları, teknolojik cihazlar ve daha pek çok araç gereç için pil kullanılmaktadır.

Pillerin ömrü, üretildikleri andan itibaren tükenmeye başlamaktadır. Pilin ömrünün tükenmesi için, pilin aktif bir şekilde kullanılması gerekmez. Aktif bir şekilde kullanılan pil, içerisindeki kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürecek ve bu dönüştürme hızına ek olarak kullanılma sıklığına bağlı olarak da birkaç ay içerisinde tükenecektir. Ancak aktif bir şekilde kullanılmayan piller de birkaç sene içerisinde tükenmektedir. Bunun sebebi içeride bulunan kimyasal enerjinin zaman içerisinde tükenmesidir. Dış faktörlere bağlı olarak içeride bulunan kimyasal enerji küçük de olsa reaksiyon göstermekte ve tükenmektedir. Pilin daha hızlı tükenmesine sebep olan en önemli dış faktör ise sıcaklığın artmasıdır. Ortalama pil ömürleri kullanım kapasitelerine göre de değişkenlik göstermektedir.

Pil ömrünün bağlı olduğu durumlar arasında ilk sırada yer alan madde pilin kullanım süresidir. Pilin takılı olduğu cihaz devamlı olarak kullanılmasa bile, pilin takılı olması ömrünü azaltan bir faktördür. Bir diğer madde ise pilin saklandığı alandır. Güneş altında, pilin kaldıramayacağı çok düşük sıcaklıklarda veya fazla nemli ortamlarda pil ömrü azalır. Şarj edilebilen pillerde ise batarya tam bitmeden şarj etmek pilin kapasitesini düşürerek ömrünü kısaltmaktadır. Pillerin takılı olduğu cihazlardaki güç seçeneklerini kontrol ederek pil ömrünü uzatmak mümkündür.

Pilin ömrü, kullanıldığı cihazda yapılan faaliyetlere bağlı olmak üzere tükenmeye başlar. Cihazda yapılan her işlem, ihtiyaç duyulan enerjiye bağlı olarak pil içerisindeki kimyasal reaksiyonu tetiklemektedir. Bu durum, kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşmesini ve cihaza aktarılmasını sağlamaktadır. Pil içerisindeki kimyasal enerji sınırlıdır. Kullanılma sıklığına bağlı olarak kimyasal enerji zaman içerisinde tükenmektedir. Bu durumda pil kullanılmaz hale gelmektedir. Piller şarj edilebilir araçlardır. Ancak şarj etme işlemi kalıcı bir çözüm sunmamaktadır. Şarj edilen enerji de kullanım sıklığına bağlı olarak tükenmeye başlamaktadır. Ayrıca her şarj işlemi sonrasında pil ilk günkü hali gibi çalışmamaktadır.

Pillerin ömürleri içlerinde bulunan aktif maddelerin kaybolması, azalması ve fiziksel ve kimyasal değişimlere uğraması sonucunda tükenmektedir. Pilin saklandığı alanın gereken özelliklere sahip olmaması, cihazlara doğru güçte pil takılmaması, cihazları kullanılmadığı süreler boyunca açık bırakmak gibi faktörler pil ömrünü doğrudan tüketir. Bilgisayar, telefon, tablet gibi cihazlar, pilleri tam olarak bitmeden şarja takılmamalı ve tam olarak dolmadan şarjdan çıkarılmamalıdır. Bu şekilde pil ömrünü olumlu olarak etkileyen bir yol izlenmiş olur.

Pillerin ömrü, türlerine ve kullanım sıklıklarına ve kullanıldıkları cihaza göre değişiklik göstermektedir. Lityum iyon pilinin ömrü ortalama olarak 500 şarj döngüsü kadardır. Standart kalem pillerin ömrü ise kullanılan cihazla daha da bağlantılıdır. İhtiyaç duyulan enerjiye göre değişmekte olan pil tüketimi; Walkman adı verilen kasetçalarlarda 17 saat, kablosuz mouselarda ise 2 ay kadardır.

Kullanıcının ve kullanılan cihazların etkileri de göz önüne alınarak alkali maddeli piller ve çinko karbon piller 4 yıl, şarj edilebilir lityum piller 6 yıl, nikel kadmiyum piller 12 yıl, nikel metal hidrit piller 7 yıl, şarj edilemeyen lityum piller 6 yıl ve kurşun asit akümülatörler 9 yıl olarak ölçülmüştür. Pillerin ömrü doğrudan güneşe maruz bırakılması, cihazın içinde hiç kullanmadan saklanması gibi faktörlerle kısalmaktadır.

Günümüzde akıllı telefon ve laptop gibi araçlarda pil ömrünü hesaplayan akıllı ve dijital uygulamalar bulunmaktadır. Bu uygulamalar kullanılarak, cihazın kullanmakta olduğu bataryanın ömrü kolaylıkla anlaşılabilmektedir. Herhangi bir pilin ne kadar ömrünün kaldığını geleneksel olarak hesaplamanın yolu ise pil ölçüm ve test cihazıdır. Pil bu cihazın içerisinde yerleştirildikten sonra cihaz çalıştırılarak pilin ömrü hesaplanmaya başlar ve bir ekran yardımıyla kullanıcıya iletilir.

Pilin takılı olduğu cihazlarda veya araçlarda kullanım kapasitesi sınırlanmaya başladığında ve güçlü bir performans göstermediğinde pilin ömrünün azaldığını anlayabiliriz. Benzer şekilde şarj edilebilir pillerde ömrünün azaldığını fark ettiğimizde şarj etme bataryasına takılarak ne kadar dolu olduğu pilin dolma süresine göre anlaşılabilir.

Pil çeşitleri şarj edilebilen ve şarj edilemeyen (tek kullanımlık) piller olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Şarj edilebilen piller arasında lityum-iyon pil, kurşun-asit pil, lityum-iyon polimer pil, sodyum-sülfür pil, nikel-demir pil, nikel-metal hidrit pil, nikel-kadmiyum pil, sodyum-metal klorid pil, nikel–çinko pil, erimiş tuzlu pil yer almaktadır. Şarj edilemeyen piller arasında çinko-karbon pil, çinko-klorid pil, alkalin pil, gümüş oksit pil, lityum pil, cıva pil, çinko-hava pili, ısıl (termal) pil yer almaktadır.

Piller aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

• Şarj edilebilen ve şarj edilemeyen piller
• Boyutlarına göre piller
• Kullanım alanlarına göre piller
• Lityum piller
• Grafen piller
• Nikel piller
• Alkalin piller
• Atık piller

Şarj edilebilen piller, genellikle uzun süreli kullanılacak ve bu kullanım sırasında yüksek enerjiye ihtiyaç duyacak buna bağlı olarak da pili hızlı bir şekilde tüketecek araçlarda kullanılmaktadır. Şarj edilemeyen piller ise pil tükenene kadar kullanılabilir ve daha sonra kullanılamaz hale gelir. Şarj edilemeyen piller genellikle kullan at mantığına dayalıdır. Şarj edilebilen piller ise çok daha komplike yapıya sahiplerdir ve fiyat olarak şarj edilemez pillere kıyasla ciddi bir oranda daha pahalıdırlar.

Şarj edilebilir piller, yüksek enerjiye ihtiyaç duyan cihazlara enerji sağlamak için kullanılmaktadır. Bu cihazlar, pili birkaç saat içerisinde tüketebilmektedir. Bu tip cihazlarda tek kullanımlık pil kullanmak hem pil süresini düşürür hem de çok yüksek masrafa sebep olur. Bu nedenle bu tip cihazlarda pil tükendikten sonra pili yeniden şarj etmek ve kullanmak amaçlanmaktadır. Şarj edilebilir pillere örnek olarak aşağıdaki piller gösterilebilir.

• Laptop bataryaları
• Telefon bataryaları
• Araba aküleri
• Robot süpürge pilleri
• Kamera ve fotoğraf makinesi bataryaları

Şarj edilemeyen piller, genellikle daha az enerjiye ihtiyaç duyan ve çok fazla kullanılmayan araçlara enerji sağlamak için kullanılmaktadır. Bu tip araçlarda kullanılan piller aktif bir kullanım ile birkaç ayda tükenebilmektedir. Tükendikten sonra ise yeniden şarj edilememektedir. Şarj edilemeyen piller, en ucuz pil türleridir. Şarj edilemeyen pillere örnek olarak aşağıdaki pil türleri verilebilir.

• Alkalin pil
• Çinko-karbon piller

Piller, kullanılacak cihaza bağlı olarak boyutlarına göre de değişiklik göstermektedir. Pilin türü aynı olsa da, boyutu bakımından farklılık gösterebilmektedir. Boyutlarına göre piller aşağıdaki gibi sıralanabilir.

• AA ve AAA Kalem Piller
• C ve D Boy Piller
• 9V Piller
• 4.5V Yassı Piller
• CR2032, LR44 Saat Pilleri
• 18650 Lityum Bataryalar

AA ve AAA kalem piller, günlük hayatta en çok kullanılan piller arasında yer almaktadır. İnce silindirik ve kolay taşınabilen yapılarıyla son derece efektif ve çözüm odaklı bir pil türü olan AA ve AAA kalem piller; kumanda, mouse, oyuncak ve benzeri elektronik cihazlarda kullanılmaktadır.

C ve D boy piller genel olarak AA ve AAA kalem piller ile aynı özellikleri taşımaktadır ancak daha fazla kapasite sunmaktadırlar. Bazı elektronik cihazlar, C ve D boy pil ile çalışacak şekilde imal edilmiştir. Normal kalem pile göre daha tombul bir yapıya sahip olan bu pil türü, günlük hayattaki pek çok cihazda kullanılmaktadır.

9V piller ilk olarak transistörlü radyolar için tasarlanmış pillerdir. Yassı ve dikdörtgen yapılarıyla ön plana çıkan 9V piller, yüksek kapasiteye sahiptir. Günümüzde hala özellikle yüksek kapasiteli pile ihtiyaç duyan cihazlarda kullanılmaktadır.

Günümüzde artık çok fazla kullanılmayan 4.5V yassı piller, görünüz itibariyle 9V pillerin daha geniş hacimli olmalarına rağmen sağladıkları enerji daha düşüktür.Eski tip teknoloji ile yapılmış olan 4.5V yassı piller, hem kapladıkları alan hem de düşük enerjileri sebebiyle günümüzde fazla kullanılmamaktadır.

Küçük, yassı, yuvarlak biçimdeki bu piller genellikle kol saatlerinde kullanılmaktadır. Kapladıkları küçük alana ek olarak sağladıkları enerji ile son derece efektiflerdir. Bu pil türü, işitme cihazı gibi mümkün olduğunca küçük yapılmak istenen elektronik cihazlarda da sıklıkla kullanılmaktadır.

18650 Lityum bataryalar; laptop ve elektrikli araba gibi araçlarda kullanılmakta olan gelişmiş pillerdir. Yüksek enerji gücüne sahip olan bu piller, yüksek enerji ihtiyacına sahip cihazlarda kullanıldıklarından dolayı en fazla birkaç gün içerisinde tükenirler. Ancak şarj edilme özellikleriyle yeniden şarj edilerek kullanılabilirler.

Kullanım alanlarına göre piller aşağıdaki gibi sıralanabilir.

• Kumanda, mouse vs. gibi günlük kullanımı yaygın elektronik cihazlarda AA / AAA kalem ve 9V pil türleri kullanılmaktadır.
• Laptop ve elektrikli otomobillerde 18650 lityum piller kullanmaktadır.
• Saat ve işitme cihazı gibi minimal tasarıma sahip eşyalarda CR2032 ve LR44 gibi piller.

Lityum piller, şarj edilebilme özellikleriyle ön plana çıkmakta olan pillerdir. Kapladıkları alan oldukça küçük olmasına rağmen yüksek enerji verimlilikleri sayesinde son derece efektif bir yapıya sahip olan lityum piller, hafıza etkisine de sahiptir. Hafıza etkisi, pilin tamamen bitmeden önce şarj edilebilmesi anlamına gelmektedir.

Nispeten yeni bir teknoloji olan Grafen pil, tek atom kalınlığına sahiptir. Bu sayede son derece güçlü mekanik mukavemet, muazzam iletkenlik ve ciddi elektronik özellikler barındırmaktadır. Grafen pil, enerjiyi saklama alanındaki yeni nesil uygulamalar için faydalı olabilecek elektrotların geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır.

Şarj edilebilir bir pil türü olan Nikel piller, AA ve AAA boyutlarında üretilmektedir. Nikel piller içerisinde bulunan elektrotlar, nikel-hidroksit ile kadmiyum barındırmaktadır. İlk Nikel pil, 1899 yılında İsveçte üretilmiştir.

Alkalin pil, manganez dioksit ile çinko arasındaki kimyasal reaksiyon ile elektrik enerji üreten bir pil türüdür. Dünyada en çok üretilen ve kullanılan pil türü olan Alkalin piller, şarj edilebilmektedir. Buna karşılık olarak şarj edilemeyen türleri de mevcuttur.

Atık piller çevre için son derece zararlıdır. Son kullanma tarihi geçen, ömrünü tamamlayan, kullanılamaz haldeki pillere atık pil denir. Atık piller fiziksel hasarlar sonucu da kullanılamaz hale gelebilmektedir. Örneğin yanlış yerde muhafaza etmek veya ezilerek zarar görmesi gibi. Atık piller toplama kutularına atılmalıdır. Geri dönüşüme katkı sağlamak adına şarj edilemez pil yerine şarj edilebilen piller ile uzun vadeli olarak daha tasarruflu bir satın alma deneyimi de sunar.

Atık pil toplama kutularına atılmayan ve gelişigüzel doğaya atılan piller hem çevreye hem de insanlara oldukça büyük zararlar verebilmektedir. Atık pillerin zararları şunlardır:

• Çevreye atılan piller içme su kanallarına ve toprağa karışarak yiyecek ve içecekleri etkileyerek insanları zehirleyebilir. Aynı zamanda pek çok hastalığa neden olabilir.
• Çevreye atılan piller hayvanlar tarafından yendiğinde içerisinde bulunan kimyasallar sebebiyle hayvanları öldürebilir.
• Çevre kirliliğine ve yangınlara sebep olabilir.

Bahsedilen tahribatları ve zararları en aza indirgemek için hemen her sokakta bulunan atık pil kutularına bitmiş ve kullanılamaz haldeki pilleri atarak hem çevre kirliliği önlemiş olur hem de geri dönüşüme katkı sunulur. Piller bittikten sonra evde veya kullanılan cihazın içinde bırakılmadan direkt olarak atılmalıdır. Sıradan pillerin yerine şarj edilebilen piller tercih edilerek daha az atığa sebep olunabilir.

Piller, asidik bir çözelti içerisine iki farklı metalin yerleştirilmesi mantığıyla yapılır. Modern alkalin piller, bir alkalin elektrolit çözeltinin içine batırılmış iki elektrotun birlikte tepkimeye girmesiyle elektrik üretir. Bu durum, asidik çözeltide meydana gelecek kimyasal reaksiyonların elektrik enerjisi olarak kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır. Bu mantıktan yola çıkarak asidik meyvelerden pil yapmanın mümkün olduğu söylenebilir.

Pili oluşturan pek çok madde vardır. Bunların başında çinko, demir, nikel, krom, cıva, kurşun ve kadmiyum gelmektedir. Özelliklerine göre lityum, karbon, sodyum, sülfür gibi maddeler eklenerek de üretilmektedir. En çok kullanılan ve üretilen pil içeriğinde çinko ve karbon maddeleri yer almaktadır. Basit pil yapımı için gereken maddeler asidik bir çözelti ve iki adet farklı metal çubuktur. Asidik çözeltide meydana gelen kimyasal reaksiyonlar, metaller yolu ile elektrik enerjisi olarak kullanılabilmektedir.Kullanılan elektrotlar, pilin çalışma performansını ve kullanım ömrünü etkilemektedir.

Meyveden pil üretimi yapabilmek için doğru meyvenin seçilmesi önemlidir. Seçilecek olan meyve veya sebze, asidik olmalıdır. Bu meyve veya sebzelere örnek olarak limon, patates ve portakal gösterilebilir. Meyveye ek olarak bakır ve çinko levhalar gerekmektedir. Bu levhalar meyvenin içerisinde saplanarak kablolar yoluyla bağlanabilir. Meyvenin içerisindeki asidik çözelti, bu levhalar yolu ile elektrik enerjisi olarak kullanılabilmektedir. Ancak bir meyvenin üreteceği enerji son derece düşük olacağından, yalnızca bir adet küçük led ışığının bir süreliğine yanmasına yetecek kadar enerji sağlayabilir.

200 yıldan fazladır üretilen ve hemen her alanda kullanılan piller, oldukça yüksek maliyetli enerji kaynaklarıdır. Aynı zamanda içerisinde bulunan riskli kimyasallar sebebiyle zaman zaman çeşitli patlama, zehirlenme gibi durumlara sebebiyet vermektedir. Pillerin zararları 4 başlık altında incelenebilir:

• Geri dönüştürülemeyen pillerin çevreye ve doğaya karşı verdiği zarar yadsınamaz ölçüdedir. Bu sebeple yeniden kullanılabilen yani şarj edilebilen pillerin kullanıma teşvik yüksektir.
• Pillerin çevreye verdiği bir diğer zarar ise doğada kaybolmayan yapısı nedeniyle çöp kutuları dışında yere atılması yüzünden, güneşle temasında büyük patlamalara sebebiyet verebilmektedir.
• Özellikle yüksek voltlu pillerde görülen elektrik çarpması, akıma kapılma ve benzeri yaralanmalar meydana gelebilmektedir.
• Pil, pahalı bir üretim sürecine sahip olduğundan hem global anlamda hem de ülke ekonomisi içerisinde büyük bir fon ayrılmaktadır.

Normal bir insan kalbinin oluşturduğu elektriksel uyarıları yeterli miktarda oluşturamama durumunda veya gelen uyarıların kalp dokusuna yeterli miktarda ulaştırılamaması durumunda başvurulan operasyonda kullanılan cihaza kalp pili denir. Kalp pili, kalbin ihtiyaç duyduğu elektriksel uyarıları göndererek kalbin daha sağlıklı ve normal çalışmasını sağlar. Kalp atışının yeterli seviyede olmaması kalp krizi, nefes darlığı gibi rahatsızlıklara yol açabilir. Özellikle orta yaş ve üstü hastalara kalp pili ameliyatları uygulanır.

1906-1996 yılları arasında yaşamış Rune Elmqvist, doktor, mucit ve mühendis olarak tıp alanına pek çok yararı bulunmuş İsveçli bilim insanıdır. Kalp pilini, 1958 yılında icat eden Rune Elmqvist, o dönem çalıştığı Karolinska Üniversite Hastanesi’nde ilk kez deneyerek başarılı olmuştur. 1960’dan sonra kalp pili operasyonları yaygınlaşarak Amerika bölgesinde uygulanmaya başlandı.

Pil ve bataryaların atıkları için, üretim ve ithalat sürecindeki zararlı madde kullanımlarını azaltmak adına pillerin ve bataryaların çevre uyumluluğunu ispatlayan belgeye Rohs Belgesi denir. Rohs, Avrupa Birliği tarafından alınan "2002/95/EC sayılı Elektrikli ve Elektronik Ekipmanlarda Bazı Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması" başlıklı kararın İngilizce baş harflerinin kısaltılmasıdır. Rohs Belgesi, tehlikeli madde içeren ürünlerin güvenle kullanılabilmesi için ilgili ürünün Avrupa Birliği tarafından alınan güvenlik kriterlerine ve ilgili direktiflere uygun olduğunu bildirir.

Rohs belgesi bulunmayan üreticiler, ürünlerin ithalatını ve ihracatını gerçekleştiremez. Cıva, Kurşun, Polybrominated Biphenyls, Polybrominated Diphenyl Ethers, Hexavalent Krom, Kadmiyum ve Certain Brominated Flame Retardants maddeleri akredite laboratuvar testleri sonucu pil ve bataryalarda aranılan maddelerdir.Pil üreticileri, tüm Avrupa’da Rosh Belgesi’ne sahip olmak zorundadır.

Piller markalarına, adetlerine, kategorilerine, enerji ölçülerine ve şarj edilebilir/edilemez oluşlarına göre farklı fiyatlara tabi tutulu. AA kalem pillerin ortalama fiyatları (4’lü) 60 - 80 ₺ civarındadır. AAA kalem pillerin ortalama fiyatları (4’lü) 80 TL civarındadır. İşitme cihazı pilleri 90 TL civarındadır. Şarjlı piller 150 ila 250 TL arasında değişkenlik göstermektedir. Elektrik fiyatları ile kıyaslandığında pillerin maliyeti daha yüksektir ve pil yerine elektrik kullanmak çevreye verilebilecek zararı azaltır.