Akümülatör
MsXLabs & Büyük L.
AKÜMÜLATÖR a. (fr. accumulateur). Gerektiğinde geri vermek üzere enerji depolayan aygıt.
—Elektrotekn. Elektrik akümülatörü, doğru akım geçirilerek elektrikle doldurulabilen ve gereğinde boşaltılabilen elektrolitti aygıt; biriktirdiği kimyasal enerjinin bir bölümünü doğru akım biçiminde geriverir. (Kısaca AKÜ de denir.)
—Hidr. pnöm. Hidrolik akümülatör, belli bir hacimde basınçlı akışkanı alan ve daha sonra bunu enerji üreterek veren aygıt.
—Isıbil. Isı akümülatörü ya da ısıl akümülatör, ısıyı toplayıp geri verebilen aygıt.
—Mak. san. Kinetik enerji akümülatörü, dönen bir ana parçadan oluşan ve enerjiyi kinetik biçimde toplayarak, mekanik ya da elektrik enerjisi biçiminde geri veren düzenek.
—ANSİKL. Elektrotekn. Bir akümülatörde, iki maddeyi dönüşüme uğratan doğru akım geçirilerek kimyasal enerji depolanır (yükleme ya da doldurma) ve ters dönüşümle bu enerji elektrik akımı biçiminde geri alınır (boşalma). Gerçekte bu kimyasal tepkime,elektrotlarda, yükseltgeme- indirgemenin eşanlı ve farklı tepkimeleri biçiminde ikiye ayrılabilir. Tepkimelerden birinde elektron yakalanırken öbüründe serbest bırakılır. Söz konusu elektron alışverişi, bir dış devre aracılığıyla gerçekleşir ve dolayısıyla bu devre elektrik akımının merkezi durumuna gelir. Ama, devrenin kapanması için akü içinde, elektrotlar arasında bir yük aktarımının gerçekleşmesi zorunludur; aktarım iyonlaşmış bir ortam olan elektrolit içinde ortaya çıkar; ortamdan akımın geçişi ise, elektrotlar arasında oluşan elektrik alanının etkisiyle iyonların yer değiştirmesinden kaynaklanır. Elektrolitin ve elektrotların türüne göre birbirinden ayrı çok sayıda akümülatör tipi vardır.
Kurşunlu akümülatörler. 1859’da G. Plante’nin bulduğu bu tip, en çok kullanılan akümülatörlerden biridir. Bu akülerde, kurşun (Pb) ve kurşun oksitten (Pb02) yapılmış iki levha sülfürik asit çözeltisine batırılmıştır; doldurmak için levhalar bir doğru akım üretecinin kutuplarına bağlanır: pozitif elektrot bir yükseltgenme tepkimesine, negatif elektrot ise indirgenmeye uğrar ve böylece elektrotlar kutuplanır; bu işlemde elektroliz gazlarının soğurulması durarak açığa çıkmaya başlaması akümülatörün dolduğunu gösterir. Akümülatörü boşaltmak için ise, levhalar üreteçten ayırılır ve bir alıcı devreye bağlanır; bu koşulda yukarıda belirtilen kimyasal tepkimelerin tersini doğuran bir akım oluşur. Levhalar başlangıçtaki hallerine döndüklerinde akümülatörü yeniden doldurmak gerekir. Gerçekte elektrolit, aşağıdaki bağıntı uyarınca iyonlaşır: oysa elektrokimyasal tepkimeler pozitif elektrotta, boşalma dolma bağıntısı uyarınca gelişir; buna karşılık negatif elektrotta tepkime, boşalma dolma biçiminde ortaya çıkar. Öte yandan olay toplu olarak gözönüne alınırsa, çift sülfatlaşma tepkimesini gösteren aşağıdaki bağıntı yazılabilir.
Akümülatörün sığası normal boşalma yeğinliğiyle toplam boşalma süresinin çarpımıdır; dolayısıyla verdiği elektrik miktarına eşittir ve genellikle amper-saat (Asa) birimiyle ifade edilir. Levhalar çoğunlukla antimonlu kurşun ızgaralardan oluşur. Antimon katkısı kurşunun sertliğini artırır ve etkin maddelerin ızgaralara daha iyi tutunmasını sağlar. Bir akümülatörde plastik bir kutu içine yerleştirilmiş belli sayıda öğe bulunur; bu öğeler üst üste bindirilen ve plastik ya da liflerden yapılmış ayırıcılarla yalıtılan pozitif ve negatif levhalardan oluşur; yalıtıcıların yeterli bir mekanik dayanımı, kimyasal aşınmaya karşı yeterli bir direnç göstermesi, ayrıca elektrolitin yayılmasına olanak veren küçük gözenekli yapıları olması gerekir. Elektroliti elde etmek için damıtık suya bir yahdan sülfürik asit katılırken bir yandan da karıştırılır: karışım yoğunluğu 24 ile 28 Baume derecesi dolayında olmalıdır; doldurma süresi dışında, levhaların üst kısmını 10 mm kadar geçmesi gereken elektrolitin düzeyini korumak için yalnızca damıtık su eklenir. Öte yandan, levhaları tüp biçiminde öğeler de yapılır; pozitif elektrotları tüplerden oluşan bu öğeler akümülatörün ömrünü uzatır. Doldurma süresi boyunca akümülatörün karşı elektromotor kuvveti 2 V'tan 2,5 V’a yükselir; boşalma sırasında ise, elektromotor kuvvet belli bir süre 2 V dolayında sabitleşir, sonra hızla düşer; bu olayın önlenmesi zorunludur; çünkü akümülatörün sıfatlanmasına, yani yeniden doldurma istendiğinde indirgenmeyen, az iletken bir bileşiğin oluşmasına yol açar. Öte yandan, boşaltılan sığanın yüzdesi olan boşalma derinliği, % 80’i aşmamalıdır. Bu sonuç, zaten öteki akümülatör tipleri için de geçerlidir. Günümüzde kurşunlu akümülatörlerin özgül sığası 30 Asa/kg'ı ve özgül enerjileri 40 Wsa/kg’ı geçer. Elektrik verimliliği boşalma sırasında elde edilen amper-saat sayısının yükleme boyunca soğurulmuş amper-saat sayısına oranıyla gösterilir ve % 90’ın üstüne çıkar; enerji verimliliği ise, % 60 kadardır. Düşük sıcaklıkta (-18°C'nin altında) yetkinlikleri önemli ölçüde azalır. Çok uzun süre kullanamamaları halinde, yüklerini kendiliğinden yitirirler; bu olgu sülfatlanmaya yol açabilir. Dolayısıyla, iyi bir verim elde etmek, özenli bir bakım gerektirir. Ömürleri yükleme ve boşalma çevrimleri sayısına eşittir ve düz levhalı bir öğe için 1 000 çevrime, tüp biçiminde bir öğe için 1 500 çevrime ulaşır. Son günlerde, ızgara elektrotların yapımında kurşun-antimon yerine kurşun-kalsiyum kullanılarak, dış ortamla gaz alışverişi olmayan, sızdırmaz öğeler gerçekleştirildi; bu öğelerin başlıca üstünlüğü hiçbir bakım işlemi istememeleridir.
Alkali akümülatörler. Bu akülerde asit elektrolit yerine baz elektrolit kullanılır ve iki biçimde üretilir:
Nikel-kadmiyumlu ve nikel-demirli akümülatörler. XX. yy.'ın başından bu yana üretilen bu akümülatörler, Edison'un ve transız bilginlerinin araştırmalarının ürünüdür. Elektrotlar ya nikel hidrat-demir ya da nikel hidrat-kadmiyum levhalardan oluşur. Elektrolit başlangıçta sudkostik çözel- tisiydi; günümüzde ise potas çözeltisi kullanılır; bu çözelti tepkimeye katılmaz ve OH" iyonları aracılığıyla yalnız iyon iletimini sağlar. Örneğin, nikel-kadmiyumlu akümülatörlerde toplam tepkime aşağıdaki bağıntıyla gösterilir:
Bu akümülatörler son derece dayanıklıdır ve bakımları ise, önemli bir işlem gerektirmez; yalnızca elektroliz ya da buharlaşma sonucunda kaybolan suyu tamamlamak yeterlidir. Özgül sığaları kurşunlu akümülatörlerden daha büyüktür; özgül enerjileri ve ömürleri ise düz levha kullanıldığında kurşunlu akümülatörlere yaklaşır. Bu aygıtlar uzun süre aşırı yük taşıyabilir ve yetkinliklerini yitirmeden yıllarca depolanabilir. Bununla birlikte, gerilim- leri, kurşunlu öğelere oranla az da olsa değişken ve daha zayıf (ortalama 1,25 V), fiyatları yüksektir. Öte yandan, 3 000 çevrimi geçecek ölçüdte uzun ömürlü, ama görece yüksek iç dirençli, boru biçiminde öğeler de gerçekleştirilir. Sinterlenmiş levhalı akümülatörlerde ise, bu direnç çok daha zayıftır ve elektrotların etkin maddesi gözenekli bir kalıpta dağılmıştır; kalıpsa metal bir kafes üstüne nikel tozu koyduktan sonra sinterlenerek elde edilir, işte bu yolla hidrojen açığa çıkarmayan sız dırmaz öğeler yapılır; böylece kuvvetli akımlar üretmek ve -40°C’ye inen düşük sıcaklıklarda çalışmak gibi önemli üstünlükler gösteren aküler elde edilir.
Çinko-gümüşlü akümülatörler. 1941 ’ de Andre'nin yaptığı bu akülerde, elektrolit olarak bir potas çözeltisi kullanılır. Çözelti içine, gümüş oksit kökenli bir pozitif elektrot ve çinko kökenli bir negatif elektrot daldırılır; kutuplar arasındaki gerilim 5 V dolayındadır. Özgül enerjileri çok büyük olmasına karşın (120 Wsa/kg, yukarıda sözü edilen tiplerin 3 katı), 100 çevrimi geçmeyen kısa ömürleri ve özellikle çok yüksek fiyatları, kullanımlarını özel uygulamalarla sınırlar.
Uygulamalar. Kurşunlu ya da bazlı akümülatör bataryaları, uygulama türlerinin çokluğu yüzünden, çalışmalarına göre iki sınıfa ayrılır: tampon bataryalar, doldurma-boşaltma bataryaları.
Tampon bataryalar, bir elektrik enerjisi kaynağının uçlarına bağlanır; bu kaynak hem kullanım devrelerini besler, hem de bataryayı dolu tutar; kaynak gerilimi yetersiz kaldığında (örneğin motorun yavaşlaması ya da durması durumunda) bağlantısı kesilir ve batarya tek başına kullanım devrelerini besler. Uygulama alanında bu tür çalışmaya aşağıdaki durumlarda rastlanır:
—taşıtlarda (otomobiller, kamyonlar, uçaklar) kalkış, aydınlanma ve ateşleme sağlayan bataryalar; kara taşıtlarında sı
ğaları 40-200 Asa arasında değişen, ge- rilimleri 12 ve 24 V olan kurşunlu bataryalardan yararlanılır; uçaklarda ise 40- 100 Asa sığalı ve 24 V gerilimli üç tip akümülatör kullanılır;
—demiryolu vagonlarında aydınlatma ve havalandırmada kullanılan bataryalar; bu taşıtlarda, dingilin kumanda ettiği bir üretece bağlı, üç tür akümülatöre rastlanır;
—telefon kuruluşlarında, santrallarda, kamu yapılarında, hastanelerde, büyük mağazalarda, tiyatrolarda, bilgisayar merkezlerinde vb. ana şebekenin arızalanması halinde temel aygıtların çalışmasını ve aydınlatmayı sağlayan durağan bataryalar.
Doldurma-boşaltma bataryaları, bağımsız enerji kaynağı biçiminde kullanılmadan önce doldurma istasyonlarında doldurulur; bu tip bataryalardan aşağıdaki alanlarda yararlanılır:
—çekme bataryaları, öncelikle hizmet arabalarını ve yükleme-boşaltma araçlarını besler, sığaları 100-1 000 Asa ve ge- rilimleri 24-96 V arasında değişir; aynı akümülatörler elektrikli otomobillerde de kullanılır; ne var ki, akümülatörlerin zayıf özgül enerjileri nedeniyle bu arabaların yaklaşık 100 km gibi sınırlı bir özerkliği vardır;
—denizaltı bataryaları, binlerce amper -saat sığalı, kurşunlu akümülatörlerden oluşur; konvansiyonel denizaltıların dalış halinde tek enerji kaynağıdır;
—taşınır bataryalarda çok çeşitli nitelikte bazlı akümülatörler kullanılır; taşınır elektrik aygıtlarını, özellikle el lambalarını, radyo verici ve alıcılarını, televizyonları, kameraları beslemede yararlanılır;
Yeni akümülatör tipleri. Fosil yakıt rezervlerinin gittikçe azalması nedeniyle, akümülatörlerin gelecekte önemli bir rol yükleneceği sanılmaktadır; bu rol özellikle elektrikli taşıtların ve yeni enerji kaynaklarını bağımlı kılan enerji depolama tesislerinin gelişmesine bağlıdır. Ayrıca akümülatörleri geniş ölçüde kullanmak için yetkinliklerini yükseltmek (özellikle ömürlerini ve özgül enerjilerini artırmak) ve maliyetlerini düşürmek gerekir. Bu amaçla, bütün dünyada geleneksel öğeleri geliştirmeye ve yeni elektrot çiftleri yapmaya yönelik çok sayıda araştırma yürütülmektedir; genellikle metal olmayan bir elektrot kullanılarak üretilmesi tasarlanan akümülatörler arasında en umut verici olanlar şunlardır: nikel-çinko akümülatörü, hava-çinko akümülatörü, çinko-klor akümülatörü, sodyum-kükürt (elektrolit olarak bir seramik, beta alümini) akümülatörü lityum-demir-sülfür akümülatörü.
—Hidr. pnöm. Hidrolik akümülatör, devreye boru ile bağlı metal bir depo ve akışkanı basınç altında tutan bir düzenekten oluşur. Basınç bir ağırlıkla ya da sıkıştırıl mış gazla sağlanır; gaz, sıvıdan yüzer bir pistonla ya da biçim değiştirebilen bir zarla yalıtılır. Sıvının akümülatöre girmesi için basıncının içerdeki gazın şişirme basıncından daha büyük olması gerekir. Güç iletim devrelerine konulan hidrolik akümülatörden koç darbelerinin ya da pompalardan ileri gelen çarpıntıların sönümlenmesinde yararlanılır; ayrıca yedek aygıt biçiminde pompaya eklenir ve anlık debi tamamlayıcısı görevi yapar ya da pompa arızalandığında devreye girer. Hidrolik akümülatör bir tesisatın iç kaçaklarını ya da genleşmeden kaynaklanan hacim değişikliklerini denkleştirmek amacıyla da kullanılabilir.
Son düzenleyen Safi; 10 Haziran 2016 22:41
