PİL

Evlerde, işyerlerinde, ulaşımda ve sanayide önemli miktarda pil kullanılmaktadır. Piller, motorlarda, elektronik cihazlarda, saatlerde, kameralarda, hesap makinelerinde, işitme aletlerinde, kablosuz telefonlarda, oyuncaklarda v.b. yerlerde geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Son yıllarda artan pil kullanımı insan sağlığı ve çevre için potansiyel tehlike oluşturmaktadır. Dolayısıyla kullanılmış pillerin tehlike oluşturmaması için ayrı toplanması, taşınması ve geri kazanılması gerekmektedir. Ayrıca pillerdeki tehlikeli ve zararlı metallerin azaltılması da zaruri bir konudur.
Avrupa ve Amerika’da bir kişi normalde yılda 2 adet düğme pili, 10 adet normal (A, AA, AAA, C, D, 9-V) pil kullanmaktadırlar. Almanya’da kişi başına yıllık pil tüketimi 11 adettir. A.B.D., Avrupa ülkeleri ve Türkiye’de ağırlıklı olarak alkali piller ve karbon-çinko piller kullanılmaktadır. Almanya’da 1996 yılında 857 milyon adet akü ve pil satıldı. Bunların %82’i (23.000 ton) karbon-çinko ve alkali pillerdir. 83 milyon adet (3.500 ton) yüksek oranda tehlikeli zararlı madde içeren pil satılmıştır. Amerika’da 1992 yılı verilerine göre 2.82 milyar adet karbon-çinko ve alkali pil satılmıştır. A.B.D.’de pil satış değerleri Şekil 1’de verilmiştir.
Almanya gibi ülkelerde pil kullanan herkes pillerin çevreye zarar vermeden uygun şekilde geri kazanılmasından sorumludur. Atık piller emniyetli şekilde kullanılmalı, paketlenmeli, depolanmalı, toplanmalı, taşınmalı ve bertaraf edilmelidir. Atık pillerde çöpe atıldığı zaman hava, su ve toprak kaynaklarını kirletir.

Pillerin özellikleri

Piller, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren, kompleks elektro kimyasal aletlerdir. Pil hücresi, metal anot (negatif elektrot), metal oksit katyon (pozitif elektrot) ile iki elektrot arasında kimyasal reaksiyonu sağlayan elektrolitten ibarettir. Anot, elektrolizde aşınırken katotta iyonik değişim reaksiyonu sonucu elektrik akımı meydana gelir. Bu reaksiyon sonucu oluşan elektrik enerjisi çeşitli aletlerde kullanılır. Her bir hücre genel olarak 1.5 volttur. Hücreler birbirine seri bağlanarak daha yüksek voltaj üretebilir. Örneğin, 9 volt pil, 6 adet 1.5 v hücrenin seri halde bağlanması sonucu elde edilir. Elektro kimyasal sisteme bağlı olarak hücre voltajı 1.2 v ile 4 v arasında değişir.
Piller, ıslak veya kuru olarak ikiye ayrılır. Islak hücreli pillerde, elektrolit sıvıdır. Kuru hücreli pillerde elektrolit, pasta, jel veya diğer matrix halde bulunur. Primer pillerde, reaksiyon hücre içinde gerçekleşir ve reaksiyon tersinmezdir. Primer piller şarj edilemez.
Seconder pillerde kimyasal reaksiyonlar tersinirdir. Dıştan bir enerji ile reaksiyon başa döndürülür. Güç, sekonder kaynaktan pile yüklenebilir.

Piller çeşitli şekillerde, boyutlarda ve voltajlarda üretilir. Piller dikdörtgen, silindir, düğme ve metal para şekillerinde üretilir.

ISLAK HÜCRELİ PİLLER

Kurşun-Asit Piller (Aküler)

Kurşun-asit aküler ıslak piller olarak bilinir. Sembolü Pb’dir. Kurşun asit piller (aküler) otomobillerde, motorsikletlerde, botlarda ve çeşitli diğer endüstrilerde, çalışma, aydınlatma ve tutuşturma amacı ile kullanılır. Kurşun asit pilleri (aküleri), sülfürik asit elektrolitleri içinde kurşun ve kurşun oksit elektrotları içerir. Bir otomobil kurşun-asit aküsü ortalama 8 kg kurşun ve 0.454 kg sülfürik asit içerir. Anotta Kurşun oksit, katotta ise kurşun bulunmaktadır. Kurşun-asit akünün % 64 Pb, %5 polipropilen, %28.3 H2SO4, %2.7’ni diğer maddeler oluşturmaktadır. Deşarj ve şarj esnasında aküde gerçekleşen reaksiyon;
Deşarj olurken reaksiyon,


Şarj olurken ise reaksiyon,


Kurşun ızgaralar çoğunlukla antimonludur. Antimon kurşunun sertliğini artırır ve etkin maddelerin ızgaralara daha iyi tutulmasını sağlar.
12V-44Ah-210 A sert lastik kasalı bataryanın bileşeninde,

gibi maddeler bulunmaktadır. Bu tür bataryaların ağırlığı ise yaklaşık olarak 15 kg’dır.
12V-44Ah-210 A polipropilen kasalı bataryanın bileşeninde,

gibi maddeler içermektedir. PP kaplı akülerin ağırlığı yaklaşık olarak 13-14 kg’dır.

Kurşun taşıyan bileşenlerin %44’nü metal ızgara, kutuplar ve köprüler, %56 ise pasta oluşturmaktadır. Metal ızgara, kutuplar ve köprülerin %96-98’ni kurşun, %2-4’nü antimon ve %0.5’ni kalsiyumdan oluşmaktadır. Pastanın ise %60 PbSO4, %19 PbO(PbO2) ve %21 Pb’den ibarettir.

KURU PİLLER

Kuru piller kadmiyum, cıva, nikel, gümüş, kurşun, lityum ve çinko gibi çeşitli metalleri içeren potansiyel tehlikeli arz eden elektroliz hücrelerden ibarettir. Evlerde, işyerlerinde kullanılan kuru pillerde kullanılan elektrotlar ve elektrolitler Tablo 3’de verilmiştir. Piller ayrıca, pil içindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etmek için başka kimyasal maddelerde içerir. Mesela cıva, primer hücrenin çinko anoduna ilave edilir (alkali ve çinko-karbon pillerde). Böylece korrozyon problemi ve potansiyel patlayıcı hidrojen gazının oluşumu engellenmiş olur. Ayrıca, cıva pilin kendiliğinden boşalmasını önler. Diğer pil bileşikleri, grafit, prinç, plastik, kağıt karton ve çeliktir.


Konutlarda ve küçük iş merkezlerinde kullanılan pillerin boyutları, şekilleri ve voltajları.

Şarj edilebilir nikel-kadmiyum ve nikel-metal hidrit düğme pilleri vardır. Son zamanlarda şarj edilebilir lityum iyonu düğme pillerde üretilmeye başlanmıştır.
Şarj edilebilir pillerin;

• Uzun süre şarj edilmeksizin kullanılan alanlarda (saatler, kapı zilleri ve duman alarmlarında),
• Şarj edilmesi uygun olmayan amatör fotoğraf makineleri,

gibi alanlarda kullanılması tavsiye edilmez. Şarj edilebilir piller primer pillere göre oldukça yüksek oranda kendi kendine deşarj olurlar. Şarj edilebilir piller ayda %15 ila %25 oranında kendi kendine deşarj olurlar.
Evsel çöplerde sık olarak karşılaşılan piller ve içerdikleri tehlikeli ve toksik ağır metaller.

Alkali Piller

Alkali pillerin anodunda yüksek-yüzey alanlı çinko tozu, katodunda ise yüksek kaliteli mangan dioksit (MnO2) bulunmaktadır. Elektroliti pelteleştirmek için bir selüloz türevi kullanılır. Elektrolit, potasyum hidroksittir. Alkali piller, aktif katot maddesi olarak cıva oksit (HgO) veya gümüş oksit (Ag2O) gibi maddeleri de kullanılır. 
Pil hücresinde enerji üretimi için gerçekleşen reaksiyonu,


Alkali pillerde 1985 yılında pilin ağırlığının %1’i oranında cıva bulunurken bugün (2000 yılı) bu değer %0.025-0.0001 oranına düşürülmüştür. Alkali pillerin her birin de 25 mg.dan fazla cıva olması istenmez. Son zamanlarda özellikle cıva içermeyen alkali pilleri üzerinde yoğun çalışmalar devam etmektedir. Cıvaya ilaveten alkali piller kurşun, kadmiyum, arsenik, krom, bakır, indiyum, demir, nikel, kalay, çinko ve magnezyum gibi metalleri de içermektedir.
Kullanılmayan alkali piller kuru ve soğuk yerde depolanmalı. Alkali pil kullanılan cihaz 30 günden fazla çalıştırılmıyorsa pili cihazda tutup deşarj olmasına neden olunmamalıdır.
Alkali pillerde verilen sınır değerlerinin üzerinde ağır metal olması istemez.

Alkali pili kendi kendine yılda %2 oranında deşarj olur.

Alkali pilleri, yüksek oranda enerji tüketen cihazlarda (digital kameralar gibi) verimli olarak kullanmak mümkün değildir. Düşük oranda enerji tüketen aletlerde radyo ve saat gibi, çok verimli şekilde kullanılır. Ancak son zamanlarda yüksek oranda enerji tüketen aletler içinde Duracell Ultra, Energizer Advaced Formula, Kodak Photolife gibi alkali piller geliştirmiştir.
Alkali piller yanlış kullanıldığı veya hasar gördüğü zaman pil içindeki alkali madde sızar ve ellere veya göze temas ettiğinde yanmasına neden olur.

Çinko Karbon Piller

1870-90’lı yıllarda ilk geliştirilen kuru pildir. Elektrolit, sulu amonyum klorür veya çinko kloründür. Elektrolite inert bir metal oksit ilave edilerek pelteleşmesi sağlanır.
Pil hücresinde gerçekleşen reaksiyonu,


Eğer elektrolit olarak NH4CI kullanılırsa,

MnO2, kompleks ve polimorfik bileşiktir.
En çok kullanılan pillerden biridir. Genelde “Heavy Duty”, “General Purpose”, “Extra Heavy Duty” isimler altında satılır. Çinko karbon pillerin ömrü alkali pillerden daha kısadır ve daha az güçlüdür. Çinko karbon pillerde sızıntı sıkça görülür. Anodun yapısından dolayı çinko-karbon piller alkali pillerden daha az cıva içerir. Korrozyon kontrolü ve hidrojen gazının serbest hale geçmesini önlemek için cıvaya ilaveten çinko karbon pilleri, kurşun, kadmiyum, arsenik, krom, bakır, demir, mangan, nikel, çinko ve kalay gibi metaller içerir. Çinko - karbon pillerde %0.01’in altında cıva bulunmalı.
Kullanılmayan alkali piller kuru ve soğuk yerde depolanmalı. Çinko karbon pil kullanılan cihazlar 30 günden fazla çalıştırılmıyorsa pili cihazda tutup deşarj olmasına neden olunmamalıdır.
Pilden sızan amonyum klorür göze temas ettiğinde ciddi sulanmaya neden olur. Çinko klorür çok korrozif bir maddedir.
Çinko karbon piller 54 oC üzerinde depolandığı zaman hidrojen gazı kaçmasına neden olabilir.