Islak hücreli piller, sıvı formdaki elektrolit çözeltileriyle çalışan ve elektrokimyasal enerji dönüşümünü sağlayan erken dönem batarya türleridir. Bu piller anot, katot ve sıvı elektrolitten oluşur; kurşun-asit ve nikel-demir gibi alt türleri vardır. Kurşun-asit bataryalar, düşük maliyetleri ve yüksek akım kapasitesiyle otomotiv gibi alanlarda yaygınken; nikel-demir bataryalar uzun ömürlü ve dayanıklı olmalarına rağmen düşük enerji verimlilikleri nedeniyle sınırlı kullanım görür. Islak hücreli sistemler, yüksek performans sağlasa da sıvı içeriği nedeniyle bakım gerektirir ve devrilme/sızdırma riski taşır.

Kuru hücreli piller ise sıvı yerine jelleştirilmiş veya emdirilmiş elektrolit içerir ve taşınabilirlik, güvenlik ve sızdırmazlık açısından daha avantajlıdır. Bu piller, birincil (tek kullanımlık) ve ikincil (şarj edilebilir) türlerde üretilir. Kompakt yapıları sayesinde uzaktan kumandalardan taşınabilir elektronik cihazlara kadar birçok günlük uygulamada kullanılırlar. Islak hücrelilere göre daha modern olan bu yapı, düşük maliyetli üretim ve yaygın bulunabilirlik gibi nedenlerle tercih edilir.

Islak Hücreli Piller

Islak hücreli piller, modern kuru hücreli pil teknolojilerinin temelini oluşturan daha eski bir pil türüdür. Bu tür pillerin karakteristik özelliği, elektrolit çözeltilerinin sıvı formda bulunmasıdır. İçerdikleri sıvı elektrolit nedeniyle bu piller, "ıslak hücreli" olarak adlandırılır. Temel yapıları; bir anot (negatif elektrot), bir katot (pozitif elektrot) ve bu iki elektrot arasında iyon geçişini sağlayan sıvı elektrolit çözeltisi olmak üzere üç ana bileşenden oluşur. Islak hücreli piller, yapısal olarak iki gruba ayrılır:

• Birincil hücreler (şarj edilemeyen): Kullanım ömrü sınırlı olup enerji tükendiğinde atılır.
• İkincil hücreler (şarj edilebilen): Tekrar tekrar şarj edilerek kullanılabilir.

Günümüzde en yaygın kullanılan ıslak hücreli pil türleri arasında kurşun-asit ve nikel-demir temelli bataryalar yer almaktadır. Bu piller, özellikle otomotiv endüstrisinde ve enerji depolama sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Islak hücreli bataryalarda, her hücre iki temel kutuptan oluşur: pozitif (katot) ve negatif (anot). Hücreler içinde yer alan elektrot takımları, elektrolit ile kimyasal reaksiyonlara girerek elektron üretir. Bu reaksiyon sonucunda ortaya çıkan elektronlar, negatif kutuptan pozitif kutba doğru hareket eder ve bu hareket, elektrik akımını meydana getirir.

Islak hücreli sistemlerin temel avantajları; yüksek akım sağlama kapasitesi, düşük maliyetli malzeme kullanımı ve geniş sıcaklık aralığında çalışabilmeleridir. Ancak sıvı elektrolit nedeniyle devrilme, sızdırma veya buharlaşma riskleri bulunduğundan, dikkatli kullanım ve düzenli bakım gerektirirler.

^{Islak Hücreli Yapı (Yapay zeka tarafından oluşturulmuştur.)}

Kurşun-Asit Bataryalar

Şarj edilebilir yapıya sahip ıslak hücreli enerji depolama sistemleri arasında en eski ve en yaygın kullanılan türlerden biridir. Elektrokimyasal yapıları sayesinde yeniden şarj edilerek defalarca kullanılabilme özelliğine sahiptirler. Her ne kadar günümüzde geliştirilen lityum-iyon ya da nikel-metal hidrit gibi yeni nesil bataryalara göre daha düşük enerji yoğunluğu sunsalar da, maliyet etkinliği ve kolay üretilebilirlik gibi avantajları sayesinde halen birçok uygulamada tercih edilmektedirler.

Kurşun-asit bataryaların en belirgin dezavantajlarından biri, diğer şarj edilebilir pil teknolojilerine göre daha ağır olmalarıdır. Bu nedenle mobil uygulamalarda yer yer dezavantaj oluştursa da, sabit sistemlerde veya kısa mesafe taşımacılıkta işlevselliğini sürdürmektedir. Günümüzde kurşun-asit bataryalar, aşağıdaki alanlarda sıkça kullanılmaktadır:

• Otomobillerin marş ve aydınlatma sistemleri
• Golf arabaları
• Elektrikli scooterlar
• Akülü tekerlekli sandalyeler ve oyuncak araçlar

Kurşun-asit bataryalarda elektrolit olarak sülfürik asit (H₂SO₄) ve su karışımı kullanılır. Hücre içerisinde iki farklı tipte elektrot yer alır:

• Pozitif plaka: Kurşun dioksit (PbO₂)
• Negatif plaka: Saf kurşun (Pb)

Şarj ve deşarj sırasında bu plakalar, elektrolit ile kimyasal reaksiyona girerek enerji üretimi sağlar. Deşarj esnasında kurşun dioksit (PbO₂) ve kurşun (Pb), sülfürik asitle reaksiyona girerek kurşun sülfat (PbSO₄) oluşturur ve bu süreçte elektrik enerjisi açığa çıkar. Şarj işlemi sırasında ise bu reaksiyon tersine çevrilerek batarya yeniden kullanılabilir hale gelir.

Kurşun-asit bataryalar, yüksek akım sağlama kapasitesi, güvenilirlik ve düşük üretim maliyeti gibi avantajlar sunsa da; ağırlık, gaz çıkışı ve bakım gereksinimi gibi faktörler nedeniyle kullanım alanları teknolojiye bağlı olarak giderek daralmaktadır.

Nikel-Demir Piller

Yapısal olarak ıslak hücreli pil sınıfında yer alır ve kurşun-asit pillerle benzer bir elektrokimyasal yapıya sahiptir. Bu pil türü, 1901 yılında ünlü mucit Thomas Edison tarafından geliştirilmiş ve aynı yıl patenti alınarak ticari üretimi başlatılmıştır. Edison’un bu pil üzerinde çalışmasının temel motivasyonu, daha dayanıklı ve uzun ömürlü bir enerji depolama çözümü geliştirmek olmuştur.

Nikel-demir bataryalar, özellikle tarihsel olarak demiryolu taşımacılığı ve endüstriyel uygulamalarda yaygın şekilde kullanılmıştır. Ancak düşük şarj-deşarj verimliliği ve göreli olarak düşük özgül enerji değerleri sebebiyle, 21. yüzyılın yüksek performans gerektiren taşınabilir enerji uygulamalarında ikincil bir seçenek haline gelmiştir.

Bu bataryalarda elektrolit çözeltisi olarak potasyum hidroksit (KOH) ve su (H₂O) karışımı kullanılır. Elektrot malzemeleri ise şu şekildedir:

• Anot (negatif elektrot): Saf demir (Fe)
• Katot (pozitif elektrot): Nikel(III) oksihidroksit [NiO(OH)]

Şarj-deşarj sürecinde bu malzemeler arasında kimyasal tepkimeler gerçekleşir ve bu sayede elektrik enerjisi üretilir. Nikel-demir bataryaların dikkat çeken özelliklerinden biri, uzun çevrim ömrüne sahip olmaları ve zorlu çevre koşullarına karşı dirençli yapılarıdır.

Ayrıca, termal kararlılıkları ve aşırı şarja karşı dayanıklılıkları nedeniyle güvenlik açısından avantajlıdırlar. Buna karşın, enerji verimliliğinin düşük olması ve yüksek iç direnç sebebiyle hızlı enerji gereksinimi olan sistemlerde performans sınırlamaları bulunmaktadır.

Kuru Hücreli Piller

Kuru hücreli piller, yapısal olarak ıslak hücreli pillerden farklı şekilde tasarlanmış olup, akışkan sıvı formda bir elektrolit içermezler. Elektrolit, genellikle jelleştirilmiş ya da emdirilmiş bir formda bulunur; bu özellikleri sayesinde pil daha taşınabilir, sızdırmaz ve güvenli hale gelir.

Kuru hücreli piller, kullanım şekline göre iki ana kategoriye ayrılır:

• Birincil (şarj edilemeyen) hücreler: Ömrü boyunca tek kullanımlıktır, enerji tükendiğinde atılır.
• İkincil (şarj edilebilen) hücreler: Yeniden şarj edilerek defalarca kullanılabilir.

^{Kuru pil yapısı (Yapay zeka tarafından oluşturulmuştur.)}

Tıpkı ıslak hücreli pillerde olduğu gibi, kuru hücreli pillerde de enerji üretimi, elektrotlar ile elektrolit arasındaki kimyasal reaksiyonlar sonucunda meydana gelir. Bu reaksiyonlar sırasında oluşan serbest elektronlar, negatif elektrottan pozitif elektroda doğru bir yol izleyerek elektrik akımı üretir. Kuru hücreli pillerin temel avantajları şunlardır:

• Kompakt yapıları sayesinde kolay taşınabilirlik
• Sıvı içermedikleri için sızdırmazlık ve güvenlik açısından üstünlük
• Düşük maliyetli üretim
• Yaygın bulunabilirlik (örneğin AA, AAA alkalin piller)

Bu piller, saatlerden uzaktan kumandalara, taşınabilir elektronik cihazlardan el fenerlerine kadar gündelik hayatta yaygın olarak kullanılan enerji kaynakları olarak dikkat çekerler.