Akümülatör (Akü)

Akümülatör (Akü)

Akümülatör (Akü)

Akümülatör, akü, akım toplar, batarya veya biriktireç, elektrik enerjisi  kimyasal enerji olarak depo eden, istenildiğinde bunu elektrik enerjisi olarak veren cihaza akü denir. Akü araçlarda bulunan elektrik enerjisi kaynağıdır. Akümülatöre kısaca “akü”de denir.

Çalışma prensipleri aynıdır. Günümüzde akümülatör sadece araçlarda marş amaçlı değil; elektrik enerjisinin depolanması ve gerektiğinde geri alınması, kullanılması amacı ile de kullanılmaktadır. Özellikle sabit – durağan ortamlarda kullanılmak üzere imal edilen akümülatörlerin iç yapısı, starter – marş amaçlı olanlara göre farklılık içerir.

Akü;

yedek veya kesintisiz enerji ihtiyaçları için bilinen eski, ekonomik ve kolay yöntemdir. Sabit tesis aküleri kendi aralarında alt gruplara ayrılabilir. Ayrıca likit bazda asit içerenler olduğu gibi, yeni jenerasyon vrla – agm ve jel akü teknolojisi ürünlerde asit sıvı bazda değildir. Bundan dolayı bakıma ihtiyaç duyulmadan kullanım ile cihaz içi vs. kapalı yerlerde kullanma olanakları gibi avantajları vardır.

Akü Nasıl Yapılır?

Akümülatörün görevi marş motorunu, doğru akımla çalışan tüm devreleri, ateşleme sistemini, ışık ve alıcıları beslemektir. Benzinli motorlarda kullanılan 12 volt akü, birbirine seri bağlanan altı tane elemandan oluşur. Genel olarak her elemanın içinde birbirleriyle seri bağlı dört tane pozitif, beş tane negatif yüklü plakalardan oluşur. Plakalar kurşun-antimuan alaşımı, peteğin üstüne sıvanmış aktif maddelerin fırınlanmasından meydana gelir.

Pozitif plakalar aktif madde olarak kurşundioksit, negatif plakalar ise saf kurşun ihtiva ederler. Kısa devre oluşmaması için bu plakaların aralarına izolasyonu sağlayan ayırıcılar konulur. Plakaların aralarında kimyasal tepkimeyi engellemeyen ufak gözenekli plastikten yapılan ayırıcılar kullanılır. Akünün içerisinde saf su ile sülfürik asit karışımı elektrolit konulur. Bu karışım da %39 asit, %61 su vardır. Elemanların araları seri köprüyle bağlanır.

Akü Neden Boşalır? 

Akü imalatı ve kalitesine göre akülerin kullanım süreleri vardır. Akünün boşalması akünün bittiğini gösterir. Buda akünün kullanılması ile ilgilidir.

1. Araçtaki kaçak akımlar (öngörülen kısa devrelerden yüksek çekilen akımlar) açık lambalar,
2. Olumsuz çevre ve saklama şartları, sıcaklık, nem vb,
3. Alternatörün (şarj dinamosu) yetersiz şarj etmesi,
4. Araç ile akü uyumsuzluğu, küçük akü seçimi, araçtaki ek donanımlar (ses, ışık, bilgisayar sistemleri, soğutucu sistemler)
5. Diğer elektrikli cihaz ve donanımlardaki kısa devrelerden dolayı akü boşalabilir.

Akümülatör boşalırken, elektrolitteki asit yoğunluğu azalır. Akü plaklarının aktif maddeleri, kurşun peroksit ve kurşun sülfata dönüşürler. Akü iç direnci büyür ve elektromotor kuvvet (EMK)’ i azalır. Aküler donarmı? Aküler bazı durumlarda donabilir. Tam şarjlı akünün donma ısısı – 50°C  ile -70 °C’ ler arasındadır. Normal koşullarda şarjlı bir akü donmaz. Fakat deşarj olan aküler deşarj düzeyine göre 0 °C ile –10 °C civarında bile donabilirler.

Akü Nasıl Şarj Edilir?

Akünün kurşun asiti, dışardan akü şarj cihazı ile şarj edildiği zaman elektrotlar zıt yöne gider. Bunun meydana gelmesi için dış güç kaynağı olan akü şarj cihazının aküden daha fazla enerji üretmesi gerekir. Akünün kurşun asit ünitesi yaklaşık 2 V üretir. Bu şarjın amacına göre 12 V akü için her üniteye 2.2-2.4 V ya da toplam 13.2-14.4 V verilmesi anlamındadır. Otomobilin marş aküsü aracın kendi jeneratörü tarafından şarj edilir.

Akü Tamiri Nasıl Yapılır?

Bozulan akü tamiri için ilk önce akünün üst kapağı açılır. Sonra tıpaları çıkarılır. Daha sonra şırınga (enjektör) yardımı ile saf suyu deliklerin içine deliklerden taşana kadar doldurulur. Akü şarj etmek için tekrar kapaklar kapatılır. Akü şarj edilip kullanılır.

Akü Çeşitleri

Kuru Akü Nedir? veya Tam Kapalı Akü Nedir? 

Akülerin iki ana maddesi kurşun ve sülfürik asittir. Motorlu araçlarda kullanılırlar. Günümüzde en yaygın kullanılan akü tipi kurşun-asit akülerdir. Bu aküler de temel olarak sulu akü ve kuru tip akü diye ikiye ayrılır. Sulu akülerin en fazla kullanılan çeşitleri Starter veya SLI (Başlatma, ışıklandırma ve ateşleme) olarak bilinen klasik tip oto aküleridir.

Oto Akü

Araba aküsü motorlarda kullanılır. Oto aküler çalışırken marş anında kısa bir süre de büyük bir akım verirler. Yüksek akım vermeleri için plakaları ince yapılır, aktif maddenin elektrolitle temas etmesi sağlanır. İnce plakalı oldukları için ömürleri kısadır. İç direnci azaltmak ve de küçük hacimli  olması için plakaları yaklaştırarak birbirlerine temas etmemeleri için araya ayırıştırıcılar konulur. Oto aküleri de kendi içinde tam kapalı veya buşonları açılan olmak üzere ikiye bölüme ayrılır. Bu iki akünün de iç yapısı aynıdır, ikisi de klasik tip kurşun-asit akülerdir. Kapalı akülerin, buşonları açılamaz. Bu akülere su eklenemediğinden voltaj düzenekleri iyi olan araçlara takılması uygun olur. Kullanım alanları ve iç yapısı farklı Stasyoner (Sabit tesis) ve Traksyoner (Forklift) aküleri de sulu ürünler grubundadır.

Stasyoner Akü 

Sanayi tipi akülerdir. Ani güç kesintilerinin sebep olabileceği duruşları engellemek için kullanılan kesintisiz güç kaynağı hazırda duran ve ihtiyaç olduğunda devreye giren akülerdir. Sabit tesislerde kullanılmak için, kurşun-asit az üreten stasyoner aküler haberleşme, ulaşım, hastane, güç istasyonları, kontrol sistemleri, sulama ve pompa istasyonları, emniyet aydınlatmaları, güneş pilleri gibi her türlü kesintisiz güç kaynağı aküsü gerektiren yerde kullanılırlar.

Traksiyoner Akü

Bu aküler orta büyüklükte devamlı  akım verirler. Traksiyoner aküler denizaltı ,vinç, yük taşıyıcı vb gibi elektrik motoru ile çalışan araçlarda kullanılmaktadır. Kuru jelli VRLA aküleri akülerin iç yapıları ve teknolojileri farklıdır. VRLA (Valve Regulated Lead Acid) aküler ismini, şarj ve deşarj sırasında gazların yüksek oranda akü içerisinde tutulmasını sağlayan, valf sisteminden almaktadır . Bu sayede, akülerin su kaybı ve korunduğu yerde havalandırma gereksinimi minimum düzeye indirilir. Bu aküler de iç yapılarına göre ikiye ayrılır. AGM (Absorption Glass Mat) elektroliti separatörlere emdirilmiş ve jel akü. Bu akülerde  asit taşması yada sızdırması olmaz. Gaz çıkışı minimumdur. Bundan dolayı çok güvenli ve rafta bekleme ömürleri uzundur. Ayrıca sulu akülere oranla titreşime karşı dayanıklıdır. Bir yerden diğer bir yere, taşınması sorunsuzdur. Kullanım alanları arasında sabit tesisler, UPSler, tekneler ve santraller vardır.

UPS Aküsü Ne Demektir?

Kesintisiz güç kaynağına UPS denir. UPS aküsü kesintisiz güç kaynağı aküsüdür. Kesintisiz güç kaynağı aküsü, elektrik kesintisi olduğu zaman devreye girer. Elektrik gelinceye kadar enerji deposu olmayı sürdürür. UPS aküsü kuru akü’dür ve minimum gaz özellikleri vardır.

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 (PbO2) kurşun oksit, negatif elektrot ise saf kurşundan meydana gelmiştir. Her iki elektrodun içine daldırıldığı elektrolit, sıvı seyreltilmiş  sülfürikasit (H2SO4)   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 PbO2 (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.

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 PbSO₄  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 PbSO₄ 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.

Bazlı (Demir-Nikelli ) Akü

Ni (OH)2 pozitif elektrot, demir (Fe) ise negatif elektrottur. Elektrolit KOH (Potasyum hidroksit), kabı demir sacdan yapılır. Bazlı akülerin levhaları da asitli aküler gibi ızgara biçimindedir. Bazlı akülerin reaksiyonları; Fe+KOH+2Ni(OH)3 ¾® Fe(OH)2+KOH+2 Ni (OH)2¬¾ Deşarj sırasında sağa doğru, şarj olurken sola doğru olur. Bazlı akülerin konsantrasyonu değişmez. Bazlı akü gerilimi 1,5 V civarındadır. Deşarj olurken 1,1 V’ a kadar düşer. Şarj olurken ise 1,8V’ a  kadar yükselir. Bazlı akülerin her iki verimi düşüktür ve fiyatları pahalıdır. Fakat dayanıklı ve hafiftir. Demir–nikelli akülerin yanı sıra, kadmiyum kullanılan akülerde mevcuttur Günümüzde gümüş-çinko üzerinde de çalışmalar bulunmaktadır.

Gümüş Çinko Akü

Bu aküde elektrolit olarak, çinko hidroksitle doyurulmuş potasyum hidroksit kullanılmaktadır. Negatif elektrot, ızgaralı bir gümüş perdenin etrafında bulunan ve elektrolitin korozyon etkisine karşı direnç göstermesi için biraz cıva katılmış gözenekli saf çinko levhadan meydana gelir. Negatif (eksi) elektrot genel olarak elektrokimyasal yollar ile gümüş peroksite yükseltgenmiş, gümüş oksitle sıvalı bir perdedir. Levhaları, selüloz yapraklarla birbirinden ayırılarak izalasyon sağlanmıştır. Gümüş-çinko aküler hafiftir ve büyük enerji üretikleri için bazı özel uygulamalarda günümüzde tercih edilen ve geniş kullanım alana sahip olan akülerdir. Bu akülerin yükleme ve boşalma sayısı, sonuçta kısa devreye yol açan yalıtkanların kararlılığıyla sınırlıdır. En küçük devri 30 çevrim olan bu ömrün, uygun tasarımlarla 300 çevrimeye kadar artırılması imkanı vardır.

Akülerin Kullanma Alanları

Kurşun akülerin kullanılma alanlarına göre;

• Kendinden hareketli,
• Hareketli ve durgun

olarak sınıflandırılır. Sınıflarına göre değişik şekillerde imal edilirler. Kendinden hareketliler motora ilk hareketi verir. Bunlar kamyon ve otolarda kullanılır. Hareketli kurşun aküler, maden ocaklarında lokomotiflerin ve tramvayların çalıştırılması işleminde ve trenlerde ışıklandırma ve havalandırma sistemlerinde gereken gücü sağlamak için kullanılır. Kurşun aküler sık yüklenip boşaldıklarından dolayı etkin madde kaybının az olması için bunlarda pozitif levhalar kalındır. Bir diğer durgun aküler demiryolları işaret merkezlerinde,  hastanede, telefon santrallerinde, ve yedek bir güce gereksinim olan  yerde elektrik gücü sağlamak için kullanılır. Bu tür akülerin ömrünün uzun olması önemlidir. Ağırlık ve hacim bundan sonra gelir.

Piyasada akü satış yapan akü  firmaları birçok marka ve çeşitlerde akü imalatı yapmaktadır.  Bu akülerin tümünün görevi aynı, kullanıldığı yerler farklıdır. Kullanılan yere göre akümülatör fiyatları değişir.

Hurda Akülerin Çevreye Verdikleri Zararlar ve Bunların Geri Kazanımı

Aküler kurşun, sülfürik asit çözeltisi ve poliprolen kutudan meydana geldikleri için, aküler kullanılmaz duruma geldiklerinde çevre için risk oluşturan atıklardır. Fakat bir geri dönüşüm sistemi ile hurda akü, poliprolen kutu ve kurşun parçalarından geri kazanım sağlanır. Sülfürik asidin de geri kazanımı mümkündür. Ülkemizde atık akü toplama ve bunların geri kazanımı vardır.