Pil ve Bataryaların Ömürleri
Taşınabilir cihazların vazgeçilmez enerji kaynakları olan piller, bünyelerindeki aktif maddelerin kaybı ve istenmeyen kimyasal veya fiziksel değişimlerin sonucunda ömürlerini tüketirler.
Avrupa’da pil ve bataryaların ömürlerinin hesaplanması konusunda birçok çalışma yapılmış ve çeşitli sonuçlar elde edilmiştir. MÖBIUS tarafından yaptırılan 6 ülkeden (Romanya, İspanya, Almanya, Belçika ve Hollanda) gelen ve toplam 150.000 adet çeşitli türdeki pil numuneleri ile pillerin ömür süresinin (LIFESPAN) hesaplanmasına yönelik yapılan çalışma kapsamında aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.
Pil Türleri Ortalama Ömür Süreleri (yıl)
Çinko Karbon 4,2
Lityum Şarj Edilebilir 6,4
Nikel Kadmiyum 12,5
Nikel Metal Hidrit 7,3
Şarj Edilemeyen Lityum 6,1
Kurşun Asit Akümülatörler 9,0
Ortalama Süre 5,2
Cep telefonu, tablet, lap-top gibi cihazlarda kullanılan şarjlı pillerin ömür kavramını ay veya yıl olarak tanımlamaktan ziyade, çevrim ömrü olarak ifade etmek daha doğru olacaktır. Buna göre bir şarj (doldurma) ve bunu takiben yapılacak bir deşarj (boşaltma) işleminin karşılığına bir çevrim denilmektedir. Tek kullanımlık veya diğer bir ifadeyle şarj edilemeyen türdeki pillerin çevrim ömrünün bir olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Buna karşılık şarj edilebilir tip pillerde, pilin kimyasal yapısına bağlı olarak, 500-1500 çevrime ulaşılması mümkün olabilmektedir. Her bir çevrim sonucunda pil başlangıçta sahip olduğu nominal enerji kapasitesini bir miktar kaybeder ve kapasite başlangıca nazaran %60-70’e düştüğü zaman o cihaz için pil ömrünü tamamlamıştır. Pil ömrü tanımlamasında iç direnç kavramı da geçerlidir. Piller kullanıldıkça iç dirençleri yükselmeye başlar ve genellikle iç direnç başlangıca nazaran 1,3 – 2,0 misli arttığında pilin ömrü tamamlanmıştır. Ancak iç direnç ölçümü zor olduğundan, ömür tespitinde çevrim sayısının esas tutulması genellikle kabul edilmektedir.
Belirtilmesi gereken diğer bir husus, yukarıda tanımlanan çevrim sayısı kavramında pillerin tam şarjlı durumdan tamamen deşarj edilmiş duruma geçmeleri esas tutulmuştur. Eğer deşarj işlemleri sürekli olarak tam yapılmayıp kısmi olarak gerçekleştirilirse çevrim ömrü çok daha uzun olacaktır.
Piller, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine geri dönüşümlü veya geri dönüşümsüz olarak çevirebilen elektro- kimyasal sistemlerdir. Bu dönüşüm esnasında istenilen kimyasal reaksiyonlara paralel olarak, maalesef istenmeyen bazı yan reaksiyonlar da oluşur ve bu yan reaksiyonlar pilin aktif maddelerini negatif yönde etkiler. Aktif kütlenin bu şekilde etkilenmesi, aktif kütlede azalma olmasa dahi, zaman içerisinde elektroliti tutan bölmenin çeperlerinde meydana gelen istenmeyen fiziksel ve kimyasal değişimler pilin akmasına ve pil ömrünün kısalmasına yol açar.
Pil ömrünün kısalmasına sebep olan en önemli etken sıcaklıktır. Pil bünyesindeki gerilim ve sıcaklık farklılıkları kimyasal reaksiyonları etkileyen en önemli faktörlerdir. Sıcaklık arttıkça kimyasal reaksiyonların hızı da artar. Bu nedenle sıcaklık artışı pil performansını arttırıcı bir neden olarak görülse de, istenmeyen reaksiyonların da artması sonucunda pil ömründe kayıplar ortaya çıkar. Diğer taraftan, pillerin raf ömürleri ve şarjlarını muhafaza etme özellikleri önemli ölçüde bu yan reaksiyonlara bağımlıdır. Ayrıca bu tür reaksiyonlar elektrotların pasifleşmesine, korozyona ve bünyeden gaz çıkışı artışına yol açarlar. Genelde pil sıcaklığının 100°C artması kimyasal reaksiyon hızının ikiye katlanması demektir. Dolayısıyla 300°C sıcaklıkta 1 saat görev yapabilen bir pil 150°C sıcaklıkta 2 saat hizmet ömrüne sahip olacaktır. Sıcaklık etkisini göstermek için verilebilecek en bariz örnek, nikel-metalhidrit (Ni-MH) pilleridir. Bahis konusu piller depolama esnasındaki sıcaklık artışından çok etkilenirler. Yapılan testlerde Ni-MH pillerinin 450°C sıcaklıktaki sürekli depolamalar sonucunda kapasitelerinin %60’ını kaybettikleri görülmüştür. Bütün pil türleri için her 100°C’lik sıcaklık artışının pillerdeki kendiliğinden ortaya çıkan şarj kaybı hızını iki misli arttırdığı bir gerçektir ve yukarıdaki açıklamalardan da sıcaklık artışının pillerin baş düşmanı olduğu rahatlıkla söylenebilir.