pil

kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren aygıtların ortak adı. İki ya da daha çok pil ya da akümülatörün iletkenler aracılığıyla birbirlerine bağlanmasıyla oluşan üreteçler grubuna ise batarya denir.

Pillerde elektrik üretimini sağlayan kimyasal bileşenler, elektronların pilin bir ucundan çıkıp dış devre üzerinden dolaşarak öteki uca ulaşmasını sağlayacak biçimde düzenlenmiştir. Elektronların dış devreye verildiği uca anot ya da negatif elektrot, dış devreden alındığı uca da katot ya da pozitif elektrot denir. (Elektrik akımı tüketen bir aygıtta ise [örn. bir elektroliz kabında ya da elektron lambasında] anot terimi pozitif elektrot için, katot terimi de negatif elektrot için kullanılır.)

İlk pili 1800’de İtalya’daki Pavia Üniversitesi’nde doğa bilimleri profesörü Allessandro Volta geliştirdi. Sonradan volta pili olarak adlandırılan bu aygıt, aralarında tuzlu su emdirilmiş mukavva levhalar bulunan gümüş-çinko levha çiftlerinin oluşturduğu bir diziydi. En üstteki gümüş levha en alttaki çinko levhaya bir telle bağlandığında telden bir elektrik akımı akıyordu. 1836’da İngiliz kimyacı John Daniell volta pilini geliştirdi ve yaygın olarak bilinen biçimine kavuşturdu.

Volta pili, bir elektrolit içine daldırılan, elektron çekme yeteneği farklı iki kimyasal maddenin bir dış devre üzerinden birbirine bağlanmasıyla oluşur. Bu iki kimyasal madde elektrokimyasal çift olarak adlandırılır. Örneğin bir çinko-asit pilinde elektrokimyasal çift, çinko-hidrojen iyonu çiftidir. Elektrokimyasal çift arasındaki tepkime bir yükseltgeme-indirgeme tepkimesidir.

Volta pilinden akım çekilmezken, pilin elektrotları arasında bir potansiyel farkı (gerilim) oluşur. Bu potansiyel farkı, bir elektronun bir elektrottan öbürüne taşınmasında etkili olan kimyasal enerjinin miktarıyla belirlenir; bu yüzden de elektrotlarda kullanılan maddelerin kimyasal yapısına bağlıdır. Pilden akan akımın şiddetini, pilin kendi direnci de içinde olmak üzere devrenin toplam direnci belirler. Yüksek akım şiddeti elde etmek için direnci küçük bir pil kullanmak gerekir. Bu da elektrotların yüzeyleri geniş tutularak sağlanabilir. Pilden akım çekildiğinde, pilin gerilimi, pilin içdirenci ve elektrotlardaki kimyasal sürecin yavaşlığı yüzünden düşme gösterir.

Bir volta pilinin toplam enerjisi sınırlıdır. Bu enerji pilin sığası olarak tanımlanır; anottan salınıp katotta toplanan elektronların toplam sayısıyla belirlenen bu sığa amper-saat birimiyle ölçülür. Pildeki bütün kimyasal enerji tüketildiğinde (bunun nedeni çoğu kez elektrotlardan birinin tümüyle tükenmesidir) gerilim sıfıra düşer ve artık bir daha yükselmez. Pilin sığasını elektrotlardaki etkin kimyasal bileşiklerin miktarı belirler.

Birincil ve ikincil piller olmak üzere başlıca iki tür volta pili vardır. Birincil pillere kısaca pil, ikincil pillere ise akümülatör denir. Piller (sürekli ya da aralıklı olarak) yalnızca bir kez boşalma sağlayacak biçimde yapılmıştır. Akümülatörler ise boşaldıktan sonra yeniden doldurulup ilk durumlarına yaklaşık olarak geri döndürülebilirler. Boşalma ve dolma süreçleri birbirlerinin tersi olduğundan, akümülatördeki elektrot tepkimeleri de tersinir olmak zorundadır.

Piller kuru, yaş ve katı elektrolitli olmak üzere üç türe ayrılır. Kuru piller aslında kuru olmayan ama akıp dökülmesi olanaksızlaştırılmış bir sıvı elektrolit içerirler. El fenerlerinde, pilli oyuncaklarda ve transistorlu el radyolarında kullanılan asitli piller (karbon-çinko pilleri); fotoğraf makinelerinde, teyplerde ve elektrikli tıraş makinelerinde kullanılan alkali (bazik elektrolitli) piller ve işitme aygıtlarında ve flaşlarda kullanılan cıvalı piller kuru pillerdir. Yaş piller serbest ve hareketli bir elektrolit içerirler. Bu tür piller telefon ve telgraf sistemleri ile deniz, maden, karayolu ve demiryolu işaret sistemleri gibi yüksek sığa ve büyükçe akım şiddeti gerektiren yerlerde kullanılır. Çinko-bakır oksit-sodyum hidroksitten oluşan Lalande pili ile çinko-hava-sodyum hidroksit pili bu tür uygulamalarda yaygın olarak kullanılan pil türleridir. Yaş pillerin bir türü de, yedek pil olarak anılan ve elektrot gereci olarak magnezyum-gümüş klorür ya da magnezyum-bakır klorürlü pillerdir. Bu elektrotlar, kullanılan elektrolitler (deniz suyu ya da amonyak) tarafından hızla aşındırıldığından, batarya yapılırken elektrolitler ayrı bir kapta depolanmış olarak bulundurulur. Elektrolit, kullanımdan az önce sisteme eklenir. Bu tür pillerden temel olarak askeri uygulamalarda yararlanılır.

Katı elektrolitli pillerde, elektrolit olarak gümüş iyodür ya da kurşun klorür gibi temelde iyonik iletkenliğe sahip kristal yapılı tuzlar kullanılır. Bu tür pillerden çok düşük akımlar gerektiren uzun süreli kullanımlarda ya da yedek sistemlerin beslenmesinde yararlanılır. Katı elektrolitli pillerin çeşitli elektronik devrelerin beslenmesi amacıyla geliştirilmiş minyatür biçimleri de vardır.