Batarya Çeşitleri

Batarya çeşitleri , enerji depolamak için bir veya birden fazla elektrokimyasal hücre içeren ve bağlı olduğu devrede güç kaynağı olan elemanlardır. Bir batarya temel olarak anot (-) ve katot (+) elektrotları, elektrolit ve ayırıcı kısımlarından meydana gelir. Anot, bataryada yükseltgenmenin gerçekleştiği, katot ise indirgenmenin gerçekleştiği elektrottur. Elektrolit, iyonik olarak yük aktarımı için gerekli ortamı sağlar. Son olarak ayırıcı da batarya içerisindeki yük aktarımını engeller ve olası bir kısa devreyi önler. Bataryaların özellikle anot ve katot elektrotları için kullandıkları malzemeler çeşitlilik gösterir, bu yüzden bataryaların özellikleri ve kullanım alanları genellikle birbirinden farklıdır.

Şekil 1- Lityum-iyon bataryanın bölümleri [1]

Lityum (Li), katı haldeki en hafif metal olmakla birlikte elektron verme eğilimi en yüksek aktif metallerden biri olduğundan batarya yapımında en çok tercih edilen elementlerden biridir. Lityum haricinde, kadmiyum (Cd), nikel (Ni), karbon (C), çinko (Zn), civa (Hg), kurşun (Pb) ve gümüş (Ag) elementleri de batarya yapımında sıklıkla kullanılır. Bir sistem için batarya seçilirken, sisteme gerekli olan maksimum ve nominal voltaj/akım değerleri, deşarj oranı ve toplam kapasite, karar verilmesi gereken önemli etkenlerdendir. Burada maksimum; sisteme gerekli olan azami değerleri belirtir. Nominal; sürekli olarak ihtiyaç duyulan güvenli değerlerdir. Deşarj oranı ise bataryadan çekilen akımın, batarya kapasitesine oranı olup, bataryanın ne kadar hızlı şarj veya deşarj olduğunu belirtir. Bir diğer önemli batarya özelliği de hafıza etkisidir. Hafıza etkisi, bataryanın sürekli olarak şarjı tam bitmeden tekrar şarj edilmesi sebebiyle maksimum kapasitesini kaybetmesidir.

1. Lityum-iyon batarya (Li-ion)

Lityum-iyon bataryalar, anot kutbunda bulunan lityum iyonlarının elektrolit sayesinde katoda hareket etmesiyle deşarj olurken tam tersinin gerçekleşmesiyle de şarj olur. Lityum-iyon bataryaların en önemli özelliklerinden biri hafıza etkisinin neredeyse hiç olmamasıdır. Yüksek güç yoğunluğuna, uzun bir ömüre ve hafif ve küçük boyutlu yapıya sahiptirler. Ayrıca kendi kendine boşalma oranları da düşüktür. Li-ion hücrelerin nominal voltajı 3.6V – 3.85V arasındadır. Bu karakteristikler, kullanılan elektrotların ve elektrolitlerin malzemesiyle değişiklik gösterir. Lityum-iyon piller özellikle taşınabilir elektronik eşya endüstrisinde oldukça popülerdir. Fakat hasara dayanıksızdır ve kolaylıkla alev alıp patlayabilir. Lityum piller şarj konusunda oldukça hassastırlar. Aşırı şarj edilmemeleri ve aşırı boşalmamaları gerekir ve çoğu zaman bunun için BMS (Battery Management System) adı verilen özel devreler kullanılır. İnsansız su altı araçlarında da en çok tercih edilen batarya çeşitlerinin başında gelmektedir. Lenta Marine tarafından ROV’ler için özel üretilen 3S Bataryalar ve 4S Bataryalara göz atabilirsiniz. Ayrıca özel batarya üretimleri için iletişime geçebilirsiniz.

Şekil 2- Li-ion Batarya [2]

2. Lityum demir fosfat batarya (LiFePO4)

LiFePO4 bataryalar Li-ion bataryaların bir türüdür. Çalışma prensipleri Li-ion piller ile tamamen aynı iken katot malzemesi olarak lityum demir fosfat (LiFePO4) kullanırlar. Bu tip hücrelerin nominal voltajı 3.2V’tur ve enerji yoğunluğu diğer Li-ion bataryalara göre biraz düşüktür. Fakat çok daha uzun ömürlü olmaları, Li-ion bataryalardan 5 ila 10 kat fazla şarj döngüleri ve kararlı bir kimyasal tepkimeyle birlikte düşük toksikliğe sahip olmaları bu bataryaların en önemli özelliklerindendir. LiFePO4 bataryalar ayrıca diğer lityum pillere nazaran çarpışma, yüksek sıcaklık veya kısa devre durumlarında neredeyse hiç yanmayan ve patlamayan güvenli bir yapıya sahiptir. Bu sebeple tehlikeli denilebilecek sistemlerde, otomobillerde, güneş enerjisi santrallerinde sıklıkla tercih edilirler. [3]

Şekil 3- LiFePO4 Batarya [4]

3. Lityum-polimer batarya (Li-Po)

LiPo bataryaların çalışma prensipleri de Li-ion bataryalar ile aynıdır. Fakat LiPo bataryalar sıvı elektrolit yerine polimer elektrolit kullanır. Bu polimer elektrolit, yüksek elektriksel iletkenliğe sahip jel (yarı katı) haldeki polimerlerden oluşur. LiPo bataryaların en önemli özelliği Li-ion bataryalara göre daha yüksek spesifik enerji yoğunluğuna ve nominal voltaja (3.7V) sahip olmalarıdır. Deşarj oranları oldukça yüksektir ve bu sayede yüksek akım sağlarlar. Ayrıca Li-ion bataryalardan hafiftirler ve birçok farklı boyutta/şekilde bulunabilirler. Fakat LiPo bataryalar çok daha kısa bir ömre sahiptirler. Lityum iyonlara oranla daha güvenli olsalar da hassas bir kimyasal tepkime içerdiğinden dolayı batarya sivri cisimlerden hasar alırsa kolayca alev alabilir. LiPo bataryalar seçilirken sağladığı toplam voltaj önemli olduğu için üzerlerinde 2S, 4S, 8S şeklinde kaç seri bağlı hücre olduğunu gösteren yazılar bulundurur. [5]

Şekil 4- LiPo Batarya [6]

4. Kurşun-asit batarya (VRLA)

VRLA (Valve regulated lead-acid) bir kurşun-asit batarya tipidir. AGM ve jel olmak üzere iki adet farklı türü bulunur. Çalışma prensipleri Lityum pillerden biraz daha farklı olarak, kurşun plakadan oluşan elektrotların sülfürik asit ve su içeren bir elektrolit ortamındaki kimyasal reaksiyonu sonucu oksijen ve hidrojen açığa çıkarmasına dayanır. AGM tipindeki bataryalar kurşun plakalar arasında ayırıcı olarak fiberglas mat bulundurur. Bu sayede elektrolit çözeltisinin serbest olarak dolaşması kısıtlanır ve çözelti hacmi azaltılarak batarya boyutları düşürülür. Jel tipindeki bataryalarda ise elektrolit çözeltisine silis tozu (SiO2) eklenir ve elektrolit sıvısı jel yapısını alır. Bu nedenle elektrolit buharlaşması ve dökülmesi azaltılmıştır. VRLA bataryaların performansları Lityum bataryalara göre daha düşüktür fakat Lityum bataryalarda kapasite ve boyut arttıkça fiyatları da oldukça artar. Bu da VRLA/AGM bataryaların motorsiklet, ATV ve rüzgar enerjisi santralleri gibi yüksek kapasite gerektiren alanlarda kullanımını arttırır.[7]

Şekil 5- VRLA (AGM) Batarya [8]

Kaynakça

[1] https://www.samsungsdi.com/upload/editor/1526549699390.jpg

[2] https://www.indiamart.com/proddetail/lithium-ion-li-ion-batteries-3-7v-2500-mah-22163628712.html

[3] https://relionbattery.com/blog/what-is-lifepo4-and-why-is-it-better-choice

[4] https://www.amazon.com/50Ah-LiFePO4-Deep-Cycle-Battery/dp/B0779HRZKT

[5] https://rogershobbycenter.com/lipoguide

[6]https://www.horizonhobby.de/de_DE/product/11.1v-5000mah-3s-50c-smart-hardcase-lipo-battery-ic5/SPMX50003S50H5.html

[7] R.H. Newman, Advantages and disadvantages of valve-regulated, lead/acid batteries, Journal of Power Sources, 1994

[8] https://greencell.global/en/ups-and-agm-accumulators/1108-green-cell-agm-12v-20ah-vrla-battery-gel-deep-cycle-scooter-mower-boat-barge-mower-tractor-fishing-boat.html