bir pilaslında bir elektrik hücresi olan kimyasal reaksiyondan elektrik üreten bir cihazdır. Kesin olarak, bir pil seri veya paralel bağlı iki veya daha fazla hücreden oluşur, ancak terim genellikle tek bir hücre için kullanılır. Bir hücre negatif bir elektrottan oluşur; iyonları ileten bir elektrolit; bir ayırıcı, ayrıca bir iyon iletkeni; ve pozitif bir elektrot. elektrolit sulu (sudan oluşur) veya susuz (sudan oluşmaz), sıvı, macun veya katı formda olabilir. Hücre harici bir yüke veya güçlendirilecek cihaza bağlandığında, negatif elektrot yükten akan ve pozitif elektrot tarafından kabul edilen bir elektron akımı sağlar. Harici yük çıkarıldığında reaksiyon durur.
Birincil pil, kimyasallarını sadece bir kez elektriğe dönüştürebilen pildir ve atılmalıdır. İkincil pil, elektriğin içinden geçirilerek yeniden oluşturulabilen elektrotlara sahiptir; depolama veya şarj edilebilir pil olarak da adlandırılır, birçok kez yeniden kullanılabilir.
Bu pil, pozitif elektrodunda (katot) nikel oksit, negatif elektrodunda (anot) bir kadmiyum bileşiği ve elektroliti olarak potasyum hidroksit çözeltisi kullanır. Nikel Kadmiyum Pil şarj edilebilir, böylece tekrar tekrar dönebilir. Nikel kadmiyum pil, deşarj olduğunda kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür ve şarj edildikten sonra elektrik enerjisini tekrar kimyasal enerjiye dönüştürür. Tamamen boşalmış bir NiCd pilde katot, anotta nikel hidroksit [Ni (OH) 2] ve kadmiyum hidroksit [Cd (OH) 2] içerir. Pil şarj edildiğinde, katodun kimyasal bileşimi dönüştürülür ve nikel hidroksit nikel oksihidroksite [NiOOH] olarak değişir. Anodda kadmiyum hidroksit kadmiyuma dönüşür. Pil boşaldığında, aşağıdaki formülde gösterildiği gibi işlem tersine çevrilir.
Nikel-Hidrojen pil, nikel-kadmiyum pil ile yakıt hücresi arasında bir melez olarak kabul edilebilir. Kadmiyum elektrodu bir hidrojen gazı elektrodu ile değiştirildi. Bu pil, Nikel-Kadmiyum pilden görsel olarak çok farklıdır, çünkü hücre, inç kare başına (800 psi) hidrojen gazı başına bin pounddan fazla olması gereken bir basınçlı kaptır. Nikel-kadmiyumdan önemli ölçüde daha hafiftir, ancak bir kutu sandık gibi paketlenmesi daha zordur.
Nikel hidrojen piller bazen cep telefonlarında ve dizüstü bilgisayarlarda yaygın olarak bulunan piller olan Nikel Metal Hidrit pillerle karıştırılır. Nikel-hidrojen ve nikel-kadmiyum piller, genellikle elektrolit olarak bilinen ve bir potasyum hidroksit çözeltisi olan aynı elektroliti kullanır.
Nikel / metal hidrid (Ni-MH) piller geliştirmeye yönelik teşvikler, nikel / kadmiyum şarj edilebilir pillerin yerini almak için sağlık ve çevresel endişelere baskı yapmaktan gelir. İşçinin güvenlik gereksinimleri nedeniyle, ABD'deki piller için kadmiyumun işlenmesi halihazırda aşamalı olarak kaldırılmaktadır. Ayrıca, 1990'lar ve 21. yüzyıl için çevre mevzuatı, büyük olasılıkla tüketici için pillerdeki kadmiyum kullanımını azaltmayı zorunlu kılacaktır. Bu baskılara rağmen, kurşun-asit bataryanın yanında, nikel / kadmiyum batarya hala şarj edilebilir batarya pazarında en büyük paya sahiptir. Hidrojen bazlı pillerin araştırılması için daha fazla teşvik, hidrojen ve elektriğin yer değiştireceği ve sonunda bir fosil yakıt kaynaklarının enerji taşıyan katkılarının önemli bir kısmı yenilenebilir enerjiye dayalı sürdürülebilir bir enerji sisteminin temelini oluşturmaktadır kaynaklar. Son olarak, elektrikli araçlar ve hibrid araçlar için Ni-MH pillerin geliştirilmesine büyük ilgi duyulmaktadır.
KOH elektroliti sadece OH iyonlarını taşıyabilir ve yük aktarımını dengelemek için elektronların dış yükte dolaşması gerekir. Nikel oksi-hidroksit elektrodu (denklem 1) kapsamlı bir şekilde araştırılmış ve karakterize edilmiştir ve uygulaması hem karasal hem de havacılık uygulamaları için yaygın olarak gösterilmiştir. Ni / Metal Hidrür pillerdeki mevcut araştırmaların çoğu metal hidrür anotun performansının iyileştirilmesini içermektedir. Özellikle, bu, aşağıdaki özelliklere sahip bir hidrit elektrotunun geliştirilmesini gerektirir: (1) uzun çevrim ömrü, (2) yüksek kapasite, (3) sabit voltajda yüksek şarj ve deşarj oranı ve (4) tutma kapasite.
Bu sistemler, elektrolitte su kullanılmaması nedeniyle, daha önce belirtilen tüm pillerden farklıdır. Bunun yerine iyonik iletkenlik sağlamak için organik sıvılar ve lityum tuzlarından oluşan sulu olmayan bir elektrolit kullanırlar. Bu sistem, sulu elektrolit sistemlerinden çok daha yüksek hücre voltajlarına sahiptir. Su olmadan, hidrojen ve oksijen gazlarının evrimi ortadan kaldırılır ve hücreler çok daha geniş potansiyellerle çalışabilir. Neredeyse tamamen kuru bir ortamda yapılması gerektiği için daha karmaşık bir montaj gerektirirler.
Şarj edilemeyen bir dizi pil ilk olarak anot olarak lityum metali ile geliştirildi. Günümüzde saat pilleri için kullanılan ticari madeni para hücreleri çoğunlukla lityum kimyasıdır. Bu sistemler, tüketici kullanımı için yeterince güvenli olan çeşitli katot sistemleri kullanır. Katotlar karbon monoflourid, bakır oksit veya vanadyum pentoksit gibi çeşitli malzemelerden yapılır. Tüm katı katot sistemleri destekleyecekleri deşarj oranında sınırlıdır.
Daha yüksek bir deşarj oranı elde etmek için sıvı katot sistemleri geliştirilmiştir. Elektrolit bu tasarımlarda reaktiftir ve gözenekli katotta reaksiyona girerek katalitik bölgeler ve elektrik akımı toplanması sağlar. Bu sistemlerin birkaç örneği lityum-tiyonil klorür ve lityum-sülfür dioksittir. Bu piller uzayda ve askeri uygulamalar için ve aynı zamanda yerdeki acil durum işaretleri için kullanılır. Katı katot sistemlerinden daha az güvenli oldukları için genellikle halka açık değildirler.
Lityum iyon pil teknolojisinde bir sonraki adımın lityum polimer pil olduğuna inanılmaktadır. Bu pil, sıvı elektroliti jelleşmiş bir elektrolit veya gerçek bir katı elektrolit ile değiştirir. Bu pillerin lityum iyon pillerden bile daha hafif olduğu varsayılıyor, ancak şu anda bu teknolojiyi uzayda uçma planı yok. Aynı zamanda ticari pazarda yaygın olarak mevcut değildir, ancak hemen köşede olabilir.
Geçmişe baktığımızda, sızdırandan beri çok yol kat ettik el feneri uzay uçuşu doğduğunda altmışlı yılların pilleri. Uzay uçuşunun birçok talebini karşılayacak geniş bir çözüm yelpazesi vardır, sıfırın altında 80, bir güneş sinekinin yüksek sıcaklıklarına kadar. Büyük radyasyon, onlarca yıllık hizmet ve onlarca kilowatt'a ulaşan yükleri idare etmek mümkündür. Bu teknolojinin sürekli gelişimi ve gelişmiş piller için sürekli çaba gösterilecektir.