Altta bugün çok kullanılan pil tiplerinin artı ve eksilerini sıralayacağız. Her ne kadar güç yoğunluğu en önemli etken olsa da, pil ömrü, yük altındaki nitelikleri, bakım gereksinimi, kendi kendine boşalma ve güvenlik yok sayılmaması gereken diğer önemli nitelikleridir.

Küçük boyutta olup tekrar doldurulabilme yeteneği olarak ilk olan Nikel-kadmiyum piller diğer tiplerle olan karşılaştırmada temel olarak alıyoruz. Uzun zaman tek olduğu için rakipsiz yarışan nikel-kadmiyum pillerin yerine artık günümüzde eğilim lityum temelli pillere yönelmektedir.

Nikel-kadmiyum - oturmuş teknoloji ama güç yoğunluğu zayıf. Yüksek sayıda şarj edilebilme, yüksek akım değeri ve geniş bir ısı yelpazesinde çalışma özellikleri istendiğinde aranan tip. En çok kullanıldığı alanlar ise mobil telsizler, elektrikli aletler ve tıbbi cihazlar. Nikel-kadmiyum bileşiminde zehirli maddeler içerir.

Nikel-metal-hidrit - Nikel-kadmiyum ile kıyaslandığında daha çok enerji yoğunluğu olmasına rağmen şarj edilebilme sayısı çok daha düşüktür. Bileşimi zehirli madde içermez. Kullanıldığı yerler ise cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlardır. NiMH piller lityum bazlı piller için başlangıç noktasıdır.

Kurşun-asit - pil büyüklüğü ve ağırlığının önemli olmadığı ortamlar için en ekonomik çözüm. En çok tıbbi cihazlar, engellilerin kullandığı motorlu sandalyeler, acil durum aydınlatma ışıldakları ve kesintisiz güç kaynaklarda diğer güç kaynaklarına karşın tercih edilir. Ekonomik olması, özellikleri ve kullanım kolaylığı yüzünden diğer piller ile kıyaslanamayacak bir konuma sahip olan kurşun-asit pillerin yerini başka pil sistemlerinin alması yakın gelecek içinde olası görülmüyor.

Lityum-iyon - günümüzün en hızlı gelişen pil teknolojisi olan lityum-iyon piller küçük boyutlara sahip olmaları yanında bu boyutlarda yüksek enerji üretebilmekteler. Daha önce de konu ettiğimiz lityum dengesizliğinin yol açtığı güvenlik sorunları nedeni ile bu pillerin içine şarj sırasında akım, gerilim ve ısıyı kontrol eden devreler bulunmaktadır. En yoğun kullanım alanları diz üstü bilgisayarlar ve cep telefonlarıdır. Yüksek akım verebilen modellerine ise tıbbi cihazlar ve pille çalışan el aletlerinde rastlanabilinmektedir.

Alttaki tabloda bugün kullanılmakta olan bütün pil tiplerinin özelliklerini bulacaksınız. Verilen değerler bugünkü teknoloji ile erişilen en etkin değerlerin ortalamasıdır. Lityum-iyon piller ise üç guruba ayrılmıştır; cep telefonları, kameralar ve diz üstü bilgisayarlarda kullanılan kobalt bileşimli, güçlü piller gerektiren el aletlerinde kullanılan manganez bileşimli, ve son olarak ta manganez bileşimlilerle başa baş yarışan fosfat bileşimliler. Lityum-iyon polimer piller ise kobalt bileşimli lityum-iyon piller ile benzeştikleri için ayrı bir gurupta göstermiyoruz.

 

	Nikel-kadmiyum	Nikel-metal-hidrit	Kurşun-asit	Lityum-iyonkobalt	Lityum-iyonmanganez	Lityum-iyonfosfat
Enerji yoğunluğu (Wh/kg)	45-80	60-120	30-50	150-190	100-135	90-120
İç direnç MΩ	100-2006V’luk dizi	200-3006V’luk dizi	<100112V’luk dizi	150-3001dizi	25-752hücre başına	25-502hücre başına
Şarj edilebilme sayısı(ilk kez şarj edildiği gücün %80’e kadar)	15002	300-5003-4	200-3003	300-5003	300-5002 den iyi	>1000 laboratuar şartlarında
Hızlı şarj süresi	tipik 1 saat	2-4 saat	8-16 saat	1,5-3 saat	1 saat veya daha az	1 saat veya daha az
Aşırı şarja dayanıklılığı	orta	az	yüksek	Düşük dengeleme şarjına dayanıksız	Düşük dengeleme şarjına dayanıksız	Düşük dengeleme şarjına dayanıksız
Kendi kendine deşarj/ay (oda sıcaklığında)	20%5	30%5	5%5	10%5	10%5	10%5
Hücre gerilimi	1,25V7	1,25V7	2V	3,6V3,7V	3,6V3,8V8	3,3V
Yük akımı (K=kapasite)	20K en fazla 1K ortalama	5K 0.5K	5K9 0.2K	<3K 1K	>30K 10K	>30C10C
Çalışma ısısı10(Deşarj sırasında)	-40 +60 °C	-20 +60 °C	-20 +60 °C	-20 +60 °C	-20 +60 °C	-20 +60°C
Bakım gerekliliği	30-60 gün	30-60 gün	3-6 ay11	gereksiz	gereksiz	gereksiz
Güvenlilik	Isıl olarak kararlı, sigorta kullanılması tavsiye edilir	Isıl olarak kararlı, sigorta kullanılması tavsiye edilir	Isıl olarak kararlı	Koruma devresi gerekir, 150°C kadar ısıl kararlılık	Koruma devresi gerekir, 250°C kadar ısıl kararlılık	Koruma devresi gerekir, 250 kadar ısıl kararlılık
Ticari olarak kullanımı	1950 den beri	1990 den beri	1970 den beri	1991 den beri	1996 den beri	2006 den beri
Zehirliliği	Yüksek derecede zehirli, çevreye zararlı	Az derecede zehirli, geri dönüşüm ile yok edilmeli	Zehirli kurşun ve asit içerir, çevreye zararlı	Az derecede zehirli, küçük miktarlarda çöpe atılabilir	Az derecede zehirli, küçük miktarlarda çöpe atılabilir	Az derecede zehirli, küçük miktarlarda çöpe atılabilir

Tablo 1: Günümüzde kullanılan pilleri nitelik ve özellikleri

Notlar:

1) Her pil gurubunun iç direnci pil hücrelerinin sayısı, mA verimi ve bağlantı şekli ile orantılıdır. Lityum-iyon pillerin koruma devreleri yaklaşık 100mW'lık bir yük oluşturur.
2) 18650 tipi hücrenin değeri. hücre tipi ve tasarımı pillerde iç direnci etkileyebilir. Büyük hücre tiplerinde iç direnç 15MΩ'u geçebilir,
3) Şarj etme sayısı pilin bakımının düzenli yapılmasına bağlıdır.  Belirli aralıklarla pillerin bakım sırasında tam olarak deşarj edilmemesi pillerin ömrünü üçte bire indirebilir.
4) Şarj edilebilme sayısı uygulanan deşarjın yoğunluğuna bağlıdır. Düşük oranlı deşarjlar şarj edilebilme sayısını arttırabilir.
5) Kendi kendine deşarj olma etkisi kendini en yüksek olarak hemen şarjın ardından gösterir, ve sonra azalır. Nikel-kadmiyum'larda güç kaybı şarjdan sonraki ilk 24 saat içinde 10% dur. Sonra bu kayıp her 30 gün için 10%'a iner. Yüksek ısı kendi kendine deşarjı arttıran bir etkendir.
6) İç koruma devreleri ayda yaklaşık olarak pil gücünün 3%'ünü kullanırlar.
7) Pillerde ortalama gerilim çıkışı 1.25V'tur; 1.2V ise Lityum pillerle uyumluluk sağlamak için kullanılır (3 tane seri = 3.6V).
8) Lityum-iyon piller çoğunlukla ortalama gerilim olarak kabul edilen 3.6V'un üzerinde gerilim üretirler. Verilen değer yük altında alınan ortalama gerilimdir.
9) Kısa süreli yüksek akım darbeleri üretebilir. Ama karşılığında kendini toparlayabilmesi için her darbeden sonra zamana gerek duyarlar.
10) Sadece deşarj için geçerli veri, şarj ısısı daha sınırlıdır. Düşük ısılarda düşük güç verimliliği vardır.
11) Sülfatlanma etkisini önlemek için ya "eşitleme" ya da "ekleme" yöntemi ile bakım şarjı yapılabilir.

Gelecek yazılarda her pilin kuvvetli ve de zayıf noktalarını daha detaylı konu edeceğiz. Aynı zamanda da bütün bu pillerin şarj edilme tekniklerini ve daha fazla verim elde edebilme yollarını irdeleyeceğiz.

Kaynak: Isidor Buchmann, Cadex Electronics Inc., Vancouver BC., yönetim kurulu başkanı.