Akümülatör

Akümülatör veya kısaca AKÜ kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine elektrik enerjisini de kimyasal enerjiye dönüşümlü olarak bir çok sefer çevirebilen cihazlara denir.

Akünün Tarihçesi

• 1800 Yılında İtalyan, Alessandra VOLTA gümüş ve bakır disklerinden tuzlu suda ilk kez doğrudan akım elde eder.
• 1859 Yılında ise Gaston PLANTE, saf kurşun yapraklarından ilk aküyü üretir.Ancak kullanım şarj/deşarj verimsizliği nedeniyle çok sınırlıdır.
• 1881'de FAURE, akü plakalarını kurşun birleştiricileriyle sıvıyarak "hamurlu plakayı" keşfeder ancak hamur plakasındaki yapışma özelliği zayıftır.
• 1881-1890 tarihleri arasında birçok bilim adamı kurşun plaka yerine, pastayı daha iyi tutup destekleyecek ızgara üzerine çalışır. Bunların arasında SELLON ilk antimuanlı kurşunu kullanmıştır. CORRENS ise 1888'de özel çiftli ızgarayı icat etmiştir.
• 1900'lü yılların başlarında Akü imalatı sanayisinin temelleri atıldı. Bu tarihe kadar ilk aküler STASYONER uygulamalarda kullanıldı.

Akü Çeşitleri

Kurşun Asit Akü

Bu akümülatörler özellikle bütün ulaştırma, haberleşme hizmetlerinde kullanılan bir doğru akım üretecidir. Akülerin çalışmasını sağlayan elektrolit ve elektrotlardır. Elektrolit: %10 sülfürik asitli arı sudur. Elektrotlar: Kurşun biçiminde levhadır. Levhalar üzerine kafes şeklinde delikler açılmıştır. Pozitif levhaların bu deliklerine kurşun peroksit sıvanmış ve preslenmiştir. Neğatif levhalara da arı kurşun aynı biçiminde preslenmiştir. İlk olarak 1859 yılında kurşun asit akü imalatı yapılmıştır. Kurşun asit akü hala kullanılmaktadır. Şarjlı (dolu) durumda pozitif elektrot (Pb02) kurşun oksit, negatif elektrot ise saf kurşundan meydana gelmiştir. Her iki elektrodun içine daldırıldığı elektrolit, sıvı seyreltilmiş sülfürikasit (H2S04) eriyiğidir. Akünün dış kabı kurşunla kaplı tahtadan, bakalit yada camdan yapılır. Kahve renkli pozitif elektrot, gri renkli ise negatif elektrottur.
Pozitif elektrot, yüzeyi arttırmak için birbirine bağlı düşey ve yatay kaburgalardan oluşan levhalar halindedir. Bu levhalar formasyon denen işlemle Pb02 (kurşun oksit) tabakasıyla kaplanır. Negatif elektrot ise hücrelerine, hamur halinde PbO ile ızgara şeklinde doldurulmuştur. İlk doldurma sırasında PbO. hidrojen iyonlarından dolayı gözenekli Pb (kurşun) durumuna gelir. Levha sayısı çok olduğunda pozitif ve negatif levhalar kendi aralarında paralel olarak bağlanırlar. Dış tarafta negatif elektrod olması için negatif levha sayısı bir tane fazla alınır. Levhalar arasına seperatör adı verilen plastik yada kağıt levhalar konularak levhaların aralığı korunur ve birbirlerine temas etmeleri önlenir.

Çalışma Prensibi
Akülerin çalışma şekilleri doğru akım üreteçleri olan piller gibidir.Bataryalar boşaldığı zaman doldurulur. Elektrolit adı verilen asit veya baz karışımı içerisine iki ayrı cins metal parçası sokalım. Metallerin dış devresine bir elektrikli alıcı bağlandığında, sistemin iç devresindeki kimyasal reaksiyon dolayısıyla doğru akım verilince alıcının çalıştırdığı görülür.
Örneğin volta pilini ele alırsak şekilde görülen kaptaki sülfürik asit içerisine çinko ve bakır levhaları konduğunda bu iki madenarasında 1 votluk gerilim meydana gelir ve sistem bir volta pilidir. İşte bataryalar’da bunlar gibidir. Fakat voltajı artırmak için içersindeki elemanlar değiştirilir ve çoğaltılır.

Aküler Nasıl Şarj Edilir?

Bir kurşun asit aküsü dışardan bir güç kaynağıyla şarj edildiğinde deşarj süresi oluştuğu gibi, elektrotlar zıt yöne giderler. Bunun oluşması için dış güç kaynağının aküden daha çok enerji üretmesi gerekmektedir.
Her kurşun asit ünitesi takriben 2V üretir. Bu da şarjın amacına göre 10V' luk bir araba aküsü için her üniteye 2.2-2.4 V ya da toplam 13.2-14.4 V verilmesi anlamına gelir.
Bir marş aküsü genellikle aracın kendi jeneratörü tarafında şarj edilir. Fakat hepimizin de bildiği gibi akü herhangi bir nedenle boşalmış olabilir. Yani bir akünün doldurma cihazına (Redresör) ihtiyaç duyduğu an gelmiştir.

Aküler Nasıl Deşarj Edilir?

Deşarj işlemi sırasında aşağıdaki tepkimeler olur, kurşun dioksit ve kurşun, kurşun sülfata dönüşür. Aşağıdaki reaksiyonların yönünün tersini düşünürsek şarj olur ve biraz üzerinde voltajın dışarıdan uygulanması gerekmektedir.


Deşarj (boşalma) sırasında reaksiyon sağa doğru, şarj (dolma) sırasında ise sola doğru oluşur. Akü boşalırken elektrotların ikisi de sülfat halini alır. Sülfirikasit eriyiğinin konsantrasyonu azalır. Akü şarj etme sırasında ise eriyiğin konsantrasyonu artar, su azalır. Bundan dolayı yoğunluk artar şarj ve deşarj sırasındaki konsantrasyon özgül ağırlıktaki değişme, akünün yük durumunu saptamakta kullanılır. Bu amaçla özgül ağırlığın kontrolü areometre ile yapılır. Akü asiti ne kadar hafif olursa, areometre derine batar. Akü şarj yoğunluğu, yaklaşık olarak 1,2 gr/cm3 olmalıdır. Deşarj olan akümülatör de ise yoğunluk 1,16 gr/cm3 den daha az olmamalıdır.
Bir kurşun asit akünün elektrotları arasındaki potansiyel farkı; eriyiğin yoğunluğuna, şarj- deşarj durumu ve çekilen akıma bağlıdır. Şarjlı akülerin potansiyel farkı 2V civarında olur. Bu değer deşarj esnasında düşer. Yaklaşık olarak 1,8V' un altında boşaltma yapılmamalıdır. Bu değerin altına düşünce sülfatlaşma adı verilen PbS04 kristalleri oluşur ve levhalar sertleşir. Akünün uzun bir süre boş kalması sülfatlaşmaya neden olur. Şarj işleminin bitimine doğru potansiyel farkı 2,8 V’a yükselirse, negatif elektrota gelen hidrojen iyonları birleşir PbS04 molekülünü bulamayınca asit oluşumu azalır ve hidrojen kaçmasına sebep olur. Bu duruma akü boşalması (kaynaması) adı verilir. Deşarj sırasında akünün vereceği elektrik miktarına akü kapasitesi denilir. Seri bağlı bataryada kapasitesine, paralel bağlılar da tümünün toplamına eşittir. Kapasite amper-saat (Ah) birimiyle ölçülür. Boşalırken çekilen elektrik miktarının, şarj olma sırasındaki elektrik oranına Ah (amper -saat) verimi adı verilir. Aküden alınan enerjinin, şarj edilirken verilen enerjiye oranına Wh (watt- saat) verimi denir. Kurşunlu akülerde amper- saat (Ah) verimi % 90, watt-saat (Wh) verimi % 70 dolayındadır.

Soğuk Hava Aküleri Nasıl Etkiler?
Soğuk havalarda akülere neler olduğu konusunda bir çok yanlış kanı mevcuttur. İnsanlar genellikle aküler düşük ısılarda, soğuk havalarda kapasitelerini kaybetmezler diye düşünürler. Ama bu genellikle yanlıştır, kaybederler. Hem de enerji sağlama yetenekleri azalır.
Derece düştükçe aküdeki kimyasal reaksiyon yavaşlar. -10C°' den sonra her derece ısı düşüşünde kimyasal reaksiyon süresi ikiye katlanır.
Bu yağın soğuk havadaki özelliğiyle kıyaslanabilir. Derece düştükçe yağ akışkanlığını gittikçe yitirir.
Kimyasal terminolojide kurşun plakaların içinde durduğu asit , kurşun plakalara doğru kurşun sülfat olmak için içindeki sülfiri harekete geçirir ve bu hareket tekrarlanır, işte belirtilen bu hareket soğuk havalarda oldukça yavaşlar.
Soğuk havada rezistans yükseldiğinden, aküden alınan akımın voltajı düşer.

Aküler Üzerinde Isının Etkileri
Akünün gücü ısı ile temas halinde olduğu zaman azalır (aküler fonksiyonlarını en iyi + 10C° ile +30C° arasında gösterirler)
Akünün gücünde aşırı ısıdan dolayı meydana gelen azalma, aküyü soğuk havada kullanmadan anlaşılmaz. Bunun sebebi akünün yüksek ısıda kullanıldığında ortaya çıkan aşınmadır.
SORUN, kimyasal reaksiyonun yüksek derecelerde daha hızlanmasıdır. Akü daha çabuk enerji üretir, bu da elektrotlardaki aşınmanın artması demektir. Buna ilaveten gaz oranı yükselir. Su buharlaşır ve aşınmayı daha da hızlandıran asit daha çok yoğunlaşır.
Isı sorunu, sadece aracın sıcak iklimde kullanılmasında ortaya çıkmaz. Eğer akü bir ısı kaynağının yanına veya sıcak bir bölüme konulursa akünün ömrü belirgin bir şekilde kısalır.
Bu sebepten ötürü, akü sıcak bir ortamda kullanılacağı zaman ısıdan korumak için levhalar kullanılır.