Piller – CE Belgesi

Femko Belgelendirme; 2014/34/AB ATEX Yönetmeliği kapsamında ex-proof cihazlar (Potansiyel patlayıcı ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanan, üretilen ekipman ve koruyucu sistemler) üreten imalatçılara, Patlamadan Korunma Dokümanı, Ek 3 (Modül B) AB Tip İncelemesi Modülü (seri üretim için belgelendirme), EK 4 (Modül D) İmalat Sürecinin Kalite Güvencesini Esas Alan Tipe Uygunluğu, EK 6 (Modül C1) Denetimli Ürün Deneyi ve Üretimin Dahili Kontrolünü Esas Alan Tipe Uygunluk, Ek 7 (Modül E) Ürün Kalite Güvencesini Esas Alan tipe uygunluk, EK 8 (Modül A) Madde 15.1.b (ii) Üretimin Dahili Kontrolü Modülü, Ek 9 (Modül G) Birim Doğrulamasını Esas Alan Uygunluk Modülü (seri üretimi olmayan, adetli üretimler için cihaz başı belgelendirme) gibi ATEX belgelendirme modülleri kapsamında Teknik Dosya Denetimleri ve Atex Sertifikası işlemlerinizin tümü için profesyonel hizmetler sunmaktadır.

1. GİRİŞ

Pil, kimyasal enerjinin elektriksel forma dönüştürülüp depolanabilmesi için kullanılan bir cihazdır. Piller yakıt hücreleri veya akış hücreleri gibi bir veya daha fazla elektrokimyasal hücrelerden oluşur. Piller, en çok kullanılan doğru akım kaynaklarıdır. Bugünün modern dünyasında pillere çok sık rastlanmakta ve kullanım yeri oldukça geniş bir alana yayılmaktadır. Evlerden endüstriyel kuruluşlara kadar geniş bir yelpazede kullanım alanına sahip, farklı ebatlarda, şekillerde, voltaj vb. özelliklerde çok sayıda pil türü bulunmaktadır. “Atık Pil ve Akümülatörlerin Kontrolü Yönetmeliği(APAK)’’ kapsamında piyasaya arz edilecek pillerin bu yönetmeliğin belirlediği kural ve koşullara uygun olması gerekmektedir.

Evlerde, iş yerlerinde, ulaşımda ve sanayide önemli miktarda pil kullanılmaktadır. Piller; cep telefonu, oyuncaklar, hesap makineleri, el feneri, fotoğraf makinesi, uzaktan kumanda aletleri, saatler, radyolar, duman alarmları, kişisel bilgisayarlar, avuç içi bilgisayarlar, işitme cihazları, dijital fotoğraf makineleri, mp3 çalarlar, uzaktan kumanda ile çalışan arabalar, mobil telefonlar, video kameraları, sayısal fotoğraf makineleri gibi çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Radyo, el feneri, oyuncak, saat, cep telefonu, kumanda gibi cihazlarda piller tek tek kullanılırken, matkap, tornavida, kameralar, telsiz telefonlar, acil aydınlatma sistemleri gibi cihazlarda batarya bloğu şeklinde kullanmaktadır.

2. AMAÇ

Piyasaya yeni olarak arz edilen pillerin piyasadaki mevcut durumlarının “Atık Pil ve Akümülatörlerin Kontrolü Yönetmeliği(APAK)’’ kapsamında değerlendirilerek, belirtilen standartlar doğrultusunda uygunluk denetimlerinin (etiket, test ve muayenelerinin) yapılması ve sonuçlarının tespit edilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda yapılacak faaliyetler;

  • Piyasada bulunan pillerin marka/model/tip bazında tespit edilmesi,
  • Yönetmeliğe uygunluk seviyelerinin belirlenmesi,
  • Denetim mekanizmalarının sorunsuz işletilebilmesi için gereken faaliyetlerin planlanması,
  • Risk teşkil eden ürünler için gerekli önlemlerin alınması,
  • Gerektiğinde laboratuvar test imkanlarından yararlanılması,
  • Denetim sonuçlarının değerlendirilerek istatistiksel veriye dönüştürülmesi,
  • İlgili kuruluşların bilgilendirilerek konuyla ilgili bilinçlenmenin arttırılmasıdır.

3. DAYANAK

Pillerin denetim sürecinde gerekli olacak mevzuat listesi aşağıda verilmiştir.

3.1. Kanun

  • 4703 Ürünlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve Uygulanmasına Dair Kanun

3.2. Yönetmelikler

  • Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Piyasa Gözetimi ve Denetimi Yönetmeliği
  • Atık Pil ve Akümülatörlerin Kontrolü Yönetmeliği(APAK)

3.3. İlgili Standartlar

Pillerin denetlenmesinde kullanılacak standartlar

4. PİL HAKKINDA TEKNİK BİLGİLER

Pil bir veya daha fazla elektrokimyasal hücrelerle desteklenen bir elektrik enerjisi kaynağıdır. Piller, kimyasal reaksiyonlar sonucunda elektrik enerjisini depolayabilen, pozitif (+) ve negatif (-) uçları cihaza bağlandığında gerekli elektrik akımını sağlayan, çeşitli tip ve boyutlardaki araçlardır.

Bütün pillerin yapısı, büyüklükleri ne olursa olsun temelde aynı bileşenlere sahiptir. Bir pilin genel olarak bileşenleri aşağıda verilmiştir.

  • a) Katot (pozitif elektrot)
  • b) Anot (negatif elektrot)
  • c) Ayırıcı (seperatör)
  • d) Elektrolit

Her pilin merkezinde genellikle karbondan yapılan ve elektrolit macun ile çevrelenmiş Katot olarak adlandırılan bir çubuk bulunmaktadır. Pilin tipine bağlı olarak, elektrolit macun oluşturmak için Amonyum Klorür, Manganez Dioksit gibi farklı kimyasallar kullanılabilir. Katot ve Elektrolit Macun, kağıt veya kartona sarılmış halde Anot olarak adlandırılan ve genellikle Çinkodan yapılmış metal bir silindirin içine kapatılır. Bu şekilde pilin yapısı oluşturulur. Pili oluşturan bileşenler aşağıdadır.

Katot (Pozitif Elektrot): Elektrik akımının üretilmesine yarayan aktif bir maddedir. Deşarj esnasında azalabilen, oksit, sülfit veya herhangi bir bileşikten oluşan bir elektrottur. Bu elektrot, batarya deşarj olurken, dış devreden elektron tüketir. Elektrot malzemeleri katı haldedir. Karbon, Nikel, Manganez Dioksit vb. pozitif elektrotlara örnektir.

Anot (Negatif Elektrot): Elektrik akımının üretilmesine yarayan aktif bir maddedir. Deşarj esnasında, oksitlenebilen metal veya alaşımdan oluşur. Bu elektrot batarya deşarj olurken, dış devrede elektron üretir. Negatif elektrot malzemeleri de batarya hücresinde katı halde bulunur. Çinko, Kadmiyum vb. negatif elektrotlara örnektir. Bazı Lityum-İyon bataryaların negatif elektrotları oksitlenmeyi önlemek için Alüminyumdan imal edilmektedir.

Elektrolit: Elektrot olarak adlandırılan artı ve eksi uçlar arasında elektrik yüklü parçacıkların geçişine izin veren ve bu sayede iletkenlik sağlayan sıvı eriyiklere veya katı kimyasal maddelerin yarattığı ortama elektrolit adı verilmektedir. Elektriği ileten ve hareket edebilen yüklü parçacıklardan oluşan pasta veya çözeltidir. Potasyum Hidroksit, Lityum Tuzu, Amonyum Klorür vb. elektrolite örnek olarak verilebilir. Elektrolit, elektrot reaksiyonlarında yer alan iyonlar için yüksek ve seçici iletkenlikte olmalıdır ama deşarj olayını engelleyebilmek için elektronları iletmemelidir. Elektrolitler sıvı, jel veya katı maddeler olabilirler, ayrıca pilin tipine göre asidik veya alkalin olabilirler. Nikel-Kadmiyum gibi geleneksel pillerde sıvı elektrolitler kullanılır. Nikel Metal-Hidrit ve Lityum-İyon gibi daha geliştirilmiş pillerde jel, macun veya rezin/reçine şeklinde elektrolit kullanılmaktadır. Lityum-Polimer bataryalarda ise katı halde elektrolitler kullanılmaktadır.

Ayırıcı (Seperatör): Pozitif ve negatif elektrotu ayırarak izolasyon sağlayan bir maddedir. Farklı kutuplardaki elektrotları fiziksel olarak ayıran, elektriksel olarak yalıtıcı bir tabakadır. Ayırıcılar, elektrolitlerin iyonlarını geçirmeli ve elektroliti saklayıp hareketsiz tutabilecek fonksiyona sahip olmalıdır. Bugün kullanılan ayırıcılar sentetik polimerlerden yapılmaktadır.

Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürürler. Pilin içinde oluşan kimyasal reaksiyonlar elektron üretmektedir. İçerisindeki elektrokimyasal reaksiyonlar ile elektron üretimi olmaktadır. Bir pilin pozitif (+) ve negatif (-) olmak üzere iki ucu bulunmaktadır. Elektronlar pilin negatif (-) ucunda toplanır. Eğer iki uç arasına bir iletken bağladığınızda elektronlar negatif uçtan pozitif uca doğru akmaya başlayacaktır. Elektron üretiminin hızı kimyasal reaksiyonun kontrolündedir. İki uç arasında akan akım, pilin iç direnci tarafından kontrol altında tutulmaktadır. Pil içerisindeki kimyasal reaksiyon oluşumu ve elektronların akış şekli aşağıdadır.

Normalde pilin iki ucu arasına bir cihaz bağlanır. Bu cihaz bir ampul, bir el feneri, radyo, cep telefonu olabilir. Bir pilin bir ampule bağlanmasıyla elektrik akımının oluşumu aşağıdaki resimdedir.

Pozitif ve negatif uçlar arasında her hangi bir bağlantı olmaması durumunda kimyasal reaksiyon başlamayacağından, pilin ömrünün azalması da söz konusu olmaz.

4.1. Pil Tipleri

Pillerin kullanım amacı doğrultusunda çok farklı şekil, ebat, voltaj ve kapasitede olan tipleri bulunmaktadır. Piller çoğunlukla:

  • Şarj edilme durumları
  • Kimyasalları,
  • Voltajları,
  • Boyutları,
  • Şekilleri
  • Kapasiteleri (Özgül Enerji),

Güç iletim düzeyleri (Özgül Güç) esas alınarak sınıflandırılabilir. Pilleri şarj edilebilme durumlarına göre temelde iki grup halinde sınıflandırılır.

  • a) Primer Piller (Birincil Piller)
  • b) Sekonder Piller(İkincil Piller)

a) Primer Piller: Primer Pil, tek kullanımlık yani şarj edilemeyen bir pil türüdür. Tek kullanımlık yani kullanılırken zaman içinde enerjisi biten ve daha sonra atılan pillere “Birincil Piller” denir. İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde şarj edilemeyen pillerdir. Primer Pillerde reaksiyon hücre içinde gerçekleşir ve reaksiyon geri döndürülemeyen (tersinmez)dir. Tek kullanımlık bu pillerin elektrotları kullanım sırasında geri döndürülemeyecek biçimde değişikliğe uğradığından, onları şarj etmek mümkün olmamaktadır. Primer Pillerin en yaygın olarak bulunanları Çinko ve Manganezden oluşan Alkali pilleridir. Basit piller, atılabilir piller ile aynıdır ve bu piller tekrar şarj edilmek üzere tasarlanmamıştır ve tamamıyla boşaldıktan sonra atılır. Bu piller, transistörlü radyolar, teypler, cep fenerleri, alarm cihazları gibi alanlarda kullanılmaktadır. Bir el fenerinde kullanılan pillerle sağlanan aydınlatma aşağıdaki resimde verilmiştir.

Şarj edilmeyen pillerin yaygın olarak kullanılan tipleri arasında Alkalin, Karbon çinko, Lityum, Gümüş oksit, Cıva oksit pilleri ve Çinko hava pilleri bulunmaktadır.

1) Alkali Piller: Alkali Piller, şarj edilemeyen pillerdir. Alkali Piller ismini elektrolit olarak kullanılan Alkalin(potasyum hidroksit) malzemesinden almışlardır. Bu tip pillerin kimyasal bileşimi; Anot olarak kullanılan Çinko tozu, Katot olarak kullanılan Manganez Dioksit ve elektrolit olarak kullanılan Potasyum Hidroksitten oluşmaktadır. Alkali piller yüksek enerji yoğunluğuna ve uzun yaşam süresine sahiplerdir. Düşük oranda enerji tüketen cihazlarda kullanılır. İçerisinde Cıva haricinde; Kurşun, Kadmiyum, Arsenik, Krom, Bakır, İndiyum, Demir, Nikel, Kalay, Çinko ve Magnezyum da bulunmaktadır. Alkali Pillerde 25 mg’dan fazla Cıva olması istenmemektedir.

Alkali Piller çinko pillerden biraz daha pahalı ancak yine de uygun fiyatlı pillerdir. Kolaylıkla bulunabilmeleri, yüksek güçlü olmaları ve kullanılmadan beklediklerinde kendiliğinden boşalma hızlarının oldukça düşük olmasından dolayı çok çeşitli alanlarda en çok tercih edilen pillerdir.

Uzun süreli kullanım için tasarlanan cihazlarda daha çok kullanılmaktadır. Alkali Piller; radyolar, oyuncaklar, mp3 çalarlar, fotoğraf makineleri, uzaktan kumanda aletleri, kameralar, oyun konsolları gibi cihazlarda sıklıkla kullanılmaktadır.

2) Çinko Karbon Piller: Çinko-Karbon Piller şarj edilemeyen pillerdir. Çinko-Karbon Pillerin yapısında Çinko negatif elektrot, Karbon ise pozitif elektrottur. Elektrolit olarak uzun yıllar Amonyum Klorür/Çinko Oksit karışımı kullanılmış, daha sonra çinko klorür teknolojisine geçilmiştir. Alkali Pillere göre daha az ömürlüdür. Gücü daha azdır. Bu pillerin nominal gerilimleri 1,5 volt ve ortalama deşarj gerilimleri 1,2 volttur. Kendiliğinden deşarj oranları oldukça düşüktür. Bu da zayıf akım çeken uygulamalarında kullanılma sebebidir. Bu pillerin -10°C sıcaklığın altında ve +45°C sıcaklığın üzerinde çalışma verimleri azalır. Uygun koşullarda 5 yıla kadar depolanabilirler.

Çinko Karbon Pilleri, el fenerleri, radyolar, saatler, uzaktan kumandalar, oyuncaklar, duman alarmları gibi cihazlarda kullanılmaktadır. Çinko Karbon Pillerin ucuz, üretim teknolojilerinin nispeten kolay olması ve çevreye daha dost olmaları kullanım alanını genişletmektedir.

3) Çinko Hava Pilleri: Kesikli enerji tüketimi gerektiren aletlerde kullanılabilir. İçerisindeki Cıva oranı maksimum % 5’tir. Genellikle işitme cihazlarında kullanılabilirler.

4) Gümüş Oksit Piller: Gümüş Oksit Pillerde, katot olarak Gümüş Oksit, anot olarak Çinko, elektrolit olarak Potasyum Hidroksit veya Sodyum Hidroksit kullanılmaktadır. İşitme cihazları, kol saatleri, hesap makineleri, kameralar gibi cihazlarda kullanılabilen pillerdir. Cıva oranı % 1’dir. Atık haline gelen Gümüş Oksit piller tehlikeli atık sınıfına girmektedir.

5) Cıva Oksit Piller: Düğme hücre tipi pillerdir. Piller içerinde en büyük kirletici özelliğe sahip olan bir pil türüdür. Kullanımı azaltılmaya başlanmıştır.

6) Lityum Piller: Pozitif elektrot Manganez Oksit, negatif elektrot Lityumdan ve elektrolit Propilen içinde çözündürülmüş Lityum Perklorattan oluşur. Lityum Pillerin kullanılan kimyasal içeriğine ve tasarımına bağlı olarak nominal gerilimleri 1.5 – 3.7 volt arasında değişmekte ve 50’den fazla çeşidi bulunmaktadır. Bir lityum pil biriminde 3 volt potansiyel sağlanırsa, bu potansiyel pilin ömrü boyunca yaklaşık sabit kalır. Yapısında bulunan maddelerin hafif olmaları nedeniyle bu piller oldukça hafiftirler. Bunun yanında kullanılmadığı zamanlarda kendiliğinden boşalması son derece az orandadır ve pratikte kullanılmadan on yıl boyunca bekletilebilir. Lityum düğme pile örnek aşağıdaki resimde verilmiştir.

Düşük ortam sıcaklıklarında diğer pil türlerine göre daha sorunsuz biçimde çalışır. Bu piller yüksek enerji sağladıklarından fotoğraf makinesi, uzaktan kumandalar, hesap makineleri, hafıza devreleri ve flaşlar gibi güç gerektiren araçlarda kullanılırlar. Uzun ömürlü pillerdir. Çok az miktarda Cıva içerirler.

Primer Pillerin Ölçülerine Göre Sınıflandırılması

Primer Piller(Birincil piller) çalışma voltajlarına ve şekillerine göre sınıflandırılırlar. Primer Pilleri ölçülerine göre de sınıflandırmak mümkündür. Buna göre:

AAA : İnce kalem pil (IEC kodu olarak R3 , LR3 kullanılır)

AA : Kalem pil (IEC kodu olarak R6 , LR6 kullanılır)

C : Orta boy pil (IEC kodu olarak R14 , LR14 kullanılır)

D : Büyük boy pil (IEC kodu olarak R20 , LR20 kullanılır)

9 V : Prizmatik pil (IEC kodu olarak 6F22 , 6LR6 kullanılır) Çeşitli boyutta düğme piller şeklinde sınıflandırılırlar.

Primer Pillerin ölçülerine göre farklı tiplerinin örnekleri aşağıdaki resimlerde verilmiştir.

4.5-voltluk geniş bir pil (3R12), D tipi bir pill, C tipi bir pill, AA tipi bir pil, AAA tipi bir pil, AAAA tipi bir pil, A23 tipi bir pil, 9-voltluk PP3 tipi bir pil ve bir çift düğme piller (CR2032 ve LR44).

Primer (Birincil) Pillerin Avrupa ve Amerikan Standartlarına göre sınıflandırılması (L:boy, D: çap) aşağıdaki tabloda verilmiştir.

b) Sekonder (İkincil:Rechargeable) Piller: Sekonder Pil, şarj edilebilen(rechargeable) bir pil türüdür. Deşarj olduktan sonra tekrar şarj edilerek kullanılabilen elektro-kimyasal hücrelerdir. İçerisindeki kimyasal enerji tükendiğinde tekrar şarj edilebilen pillerdir. Sekonder Pillerde kimyasal reaksiyonlar geri döndürülebilir (tersinir)dir. Dıştan bir enerji ile reaksiyon başa döndürülür. Güç, sekonder kaynaktan pile yüklenebilir. Bu tip piller; kablosuz motorlu el aletleri, acil aydınlatma sistemleri, telsiz telefonlar, dijital kameralar, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar gibi cihazlarda kullanılmaktadır. Sekonder(şarj edilebilir) Pillerin temel bileşenleri ve bu tip pillerin örnekleri aşağıdaki resimde verilmiştir.

Yeniden şarj edilebilir piller, kullanım durumuna göre 500 -1000 kez şarj edilebilir. Yaygın olarak kullanılan yeniden şarj edilebilir pil tipleri arasında Nikel Kadmiyum (NiCd), Nikel Metal Hidrit (NiMH) ve Lityum İyon (Li-iyon) piller bulunmaktadır.

1) Nikel Kadmiyum Piller: Bu pillerde, pozitif elektrot olarak nikel oksit, negatif elektrot olarak kadmiyum, elektrolit olarak potasyum hidroksit kullanılır. Pozitif ve negatif elektrotlar arasında kısa devreyi önleyen, ancak iyon geçişine her iki yönde müsaade eden elyaf esaslı separatörler (ayırıcılar) bulunmaktadır. Pil bünyesinde kullanılan her türlü çelik bağlantı malzemeleri nikel kaplıdır ve bu suretle hem korozyon (aşınma) önlenir, hem de iletkenlik arttırılır. Nikel-kadmiyum bir pilin bileşenleri aşağıdaki resimde verilmiştir.

Nikel Kadmiyum Piller, şarj edilebilen pillerdir bundan dolayı bu pillerde kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşüm çevrimi tekrarlanmaktadır. Bu piller yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Nikel Kadmiyum Piller 1000 defaya kadar şarj edilebilir. Ancak pilleri şarj etmeden önce tamamen deşarj olduklarından emin olmak gerekmektedir. Çünkü bu pilleri tam deşarj etmeden, her şarj edilişte pilin şarj kapasitesi düşecek ve ömrü kısalacaktır. Bu duruma bellek etkisi denmektedir. Nikel-Kadmiyum Pil örnekleri aşağıdaki resimde verilmiştir.

Nikel Kadmiyum Piller güç aletlerinde ve aydınlatmada kullanılır. Kablosuz motorlu el aletleri, acil aydınlatma sistemleri, alarm cihazları, mp3 çalarlar, uzaktan kumanda ile çalışan arabalar kullanım alanlarına örneklerdir. Atık haline gelen Nikel Kadmiyum Piller tehlikeli sınıfa girer. Geri dönüşümü mümkün olan pillerdir.

2) Nikel – Metal Hidrit(Ni-MH) Piller: Ni-MH Piller yapılarında Titanyum, Nikel, Manganez, Kobalt, Aluminyum, Vanadyum, Zirkonyum, Demir ve Krom bileşikleri içeren, uzun ömürlü, defalarca şarj edilebilen pillerdir. Silindirik Ni-MH piller, yapı olarak Ni-Cd piller ile hemen hemen aynıdır. Negatif elektrot olarak Kadmiyum yerine Hidrit alaşımından elektrot kullanılmıştır. Ni-MH pillerin bir pil birimi 1,2 V potansiyel üretir. Ni-MH pillerin enerji kapasiteleri oldukça yüksektir. Ni-MH piller de Ni-Cd piller gibi tamamen deşarj olmadan şarj edilmemelidir, çünkü bellek etkisi bu piller için de geçerlidir. NiMH piller birçok açıdan avantajlı görünse de tek olumsuz yanları, kullanılmadıklarında kendi kendine deşarj olma sürelerinin oldukça kısa olmasıdır. Nikel Metal Hidrit pile örnek aşağıdaki resimde verilmiştir.

Dijital fotoğraf makineleri, mp3 çalarlar, uzaktan kumanda ile çalışan arabalar, telsiz telefonlar, dijital kameralar Nikel Metal Hidrit pillerin kullanım alanlarındandır. Toksik metaller içermeyen bir pil türüdür. Özel bertaraf yöntemine tabi tutulmadan bertaraf edilir.

3) Lityum – İyon Piller: Lityum İyon Piller şarj edilebilen pillerdir. Lityum bileşiği kullanılan bir pil türüdür. Lityum İyon Pillerde elektrotlar Karbon ve Metal Oksit, elektrolit ise Lityum tuzu çözeltisidir. Bu pillerin enerji yoğunluğu diğer pillerden daha yüksektir, bir lityum iyon pil birimi 3,6 V potansiyel üretebilir. Lityum İyon Piller enerji kapasiteleri yüksek, şarj tutma süreleri uzun ve diğer pillere göre çok daha hafif pillerdir. Lityum İyon Pillerde bellek etkisi yoktur, yani diğer şarj edilebilir piller gibi tam deşarj olmadan şarj edilme sorunları yoktur. Lityum İyon Pillere örnekler aşağıdaki resimde verilmiştir.

Düşük enerji gerektiren aletlerde kullanıldığı taktirde uzun ömürlü olabilir. Cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, küçük ev aletleri, dijital kameralar gibi cihazlarda kullanılmaktadır. Lityum İyon Piller toksik olmamaları nedeniyle salgıladıkları düşük seviyedeki CO2 gazı salınımı sebebiyle de çevre bilincine sahip tasarımcılar ve tüketiciler tarafından tercih edilmektedirler. 4) Lityum – Polimer Piller: Lityum Polimer Piller lityum iyon piller ile benzer karakteristik özelliklere sahip, yüksek akım çıkışı olan fakat enerji yoğunluğu lityum iyon pillerden daha düşük olan pillerdir. Lityum Polimer Pillere örnekler aşağıdaki resimde verilmiştir.

Lityum Polimer Piller; dizüstü ve avuç içi bilgisayarlar, mobil telefonlar, cep telefonları, akıllı kartlar, video kameraları, dijital fotoğraf makineleri gibi alanlarda kullanılmaktadır.

4.2. Pillerin Genel Olarak Şekilleri

Piller çok fazla boyut ve şekildedir. Piller genellikle aşağıda verilen şekillerde bulunmaktadır.

  1. Silindirik Pil
  2. Prizmatik Pil
  3. Yassı (Düz) Pil
  4. Düğme Pil

Farklı şekildeki pillere örnekler aşağıdaki verilmiştir.

1. Silindirik Pil: Çapı yüksekliğinden küçük olan pillerdir. Silindir biçimindeki pillerin kapasiteleri 0,5 Ah ile 15 Ah arasında değişebilir. Silindirik tip biçimi Primer ve Sekonder Piller için en çok kullanılan ambalaj şeklidir. Bu pil tipinin avantajları; yüksek mekanik dayanıklılığı ve üretiminin kolaylığıdır. Silindir şekli, yüksek iç basınçlara deforme olmaksızın dayanmayı sağlamaktadır. Silindir şeklindeki pillere örnek aşağıdaki resimde verilmiştir.

2. Prizmatik Pil: Dikdörtgen prizması şeklindeki pillerdir. Kapasiteleri genellikle 20 – 30 Ah şeklindedir. Cep telefonlarında kullanılan sekonder Nikel-Metal Hidrit ve Lityum pilleri ise iyice yassılaşmış ve yükseklikleri düşürülmüştür. Bazen içerisinde silindirik yapıda ve seri bağlanmış birden fazla pili barındıran Prizmatik Pillere de rastlanır. Bunun en yaygın örneği 6 adet Primer ve Sekonder Pile sahip 7,2 – 9,0 voltluk çıt-çıt bağlantı uçlu Prizmatik Pillerdir. Prizmatik bir Lityum İyon Pilinin bileşenleri aşağıdaki resimde verilmiştir.

3. Yassı (Düz) Pil (Pouch Cell): Yassı (düz, torba) Piller, radikal yeni bir tasarım olarak pil dünyasına dahil olmuşlardır. Metalik silindir ve cam-metalin elektrik besleme amacıyla kullanılması yerine, iletken folyo tabları elektrotlara sabitleyerek dış kısmından tamamen kapatılması yoluyla elde edilir. Yassı Piller pil tasarımında basit, esnek ve hafif ağırlıklı çözümler sunar. Aşırı nem ve yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında servis ömrü kısalır. Yassı Piller genellikle Lityum Polimer olarak üretilmektedir. Yassı bir pil örneği aşağıdaki resimde verilmiştir.

4. Düğme Pil: Çapı yüksekliğinden büyük olan pillere genelde Düğme Pil adı verilmektedir. Düğme tipi bir pilin bileşenleri; Negatif Elektrot, Pozitif Elektrot, Ayırıcı, Conta, Soğurucu, Negatif Kutu, Pozitif Kutu şeklindedir. Bir Düğme Pilin bileşenleri aşağıdaki resimde verilmiştir.

Elektrik kapasiteleri 1 Ah’e ulaşan Düğme Piller üretilmiştir. Bu tip piller havalandırma emniyetine sahip değildir. Düğme tipi piller genellikle şarj edilemezler. Birkaç tane veya biraz daha fazlasının şarj edilebilir türde kompleks versiyonları bulunmaktadır. Ancak Düğme Pillerin büyük çoğunluğu, bir kere kullanıldıktan sonra atılabilir şekildedir. Düğme tipi piller; işitme cihazları, araba anahtarları, yedek bellek, medikal implantlar gibi alanlarda kullanılmaktadır. Değişik ebatlarda Düğme Pil örnekleri aşağıdaki resimde verilmiştir.

4.3. Batarya

Birden çok pilin birbirlerine bağlanmasıyla meydana gelen sistemlere Batarya denir. Bazı cihazların ihtiyaç duydukları işletim gerilimini veya akım değerini sağlamak üzere birden fazla pilin seri veya paralel bağlanmasıyla oluşturulmuş pil sistemleridir.

Pillerin Paralel Bağlanması: Pillerin bütün pozitif kutupları birlikte, bütün negatif kutupları birlikte bağlanarak oluşturulan bir devre şeklidir. Piller paralel olarak, yani pozitif (+) kutuplar pozitif kutuplarla, negatif (-) kutuplar negatif kutuplarla bağlanırsa gerilim sabit tutulmuş, ancak pilin ömrü, pil sayısı kadar arttırılmış olur. Paralel devrede Amper değeri artarken Voltaj değeri sabit kalır. Resim 23’te pillerin paralel bağlanmasına örnek verilmiştir. Burada 1,2 Volt’luk piller paralel bağlanarak 13,500 mAh değerinde akım elde edilmiştir.

Pillerin Seri Bağlanması: Piller seri olarak, yani bir pilin pozitif (+) kutbu diğer pilin negatif (-) kutbuna bağlanırsa gerilim arttırılmış, pillerin ömrü sabit tutulmuş olur. Seri devrede, voltaj artarken Amper değeri sabit kalır. Resim 24’te pillerin seri bağlantısına örnek verilmiştir. Burada 1,2 Volt’luk piller seri bağlanarak 3,6 Volt ve 4500 mAh değerinde akım elde edilmiştir.

Seri veya paralel bağlanacak pil sayısı, dış etkenlere, özellikle sıcaklığa bağlı olarak sınırlıdır. Özellikle Sekonder Pillerden oluşturulacak bataryalar için Sekonder Pillerin paralel bağlanmaları tavsiye edilmemektedir. Bataryalara örnek olarak; üç adet 1,5 Voltluk Çinko Karbon Pilin seri bağlanmasıyla 4,5 voltluk gerilime sahip batarya elde edilebilir.

4.4. Pillerin Karakteristik Özellikleri Elektromotor Kuvvet (Voltaj):

Bir pilin ürettiği voltaj, o pilin karakteristik özelliklerinden birisidir ve bu voltaj değerine pilin Nominal Voltaj Değeri denir. Bir pilin uçları arasındaki potansiyel farklıdır. Bu potansiyel farkı, pillerin pozitif “(+)” ve negatif “(-)“ kutuplarına (elektrotlarına) ve asit ve bazına (elektrolitine) bağlıdır. Pilin boyutları ile hiçbir ilgisi yoktur. Pilin elektro motor kuvvetinin birimi volttur. Örneğin; Ni-Cd kalem pillerin voltajı 1,2 V, Alkalin ve Çinko kalem pillerin voltajı 1,5 Volttur. Farklı voltajlarda pillere örnekler aşağıdaki resimde verilmiştir.

Bir pilin voltajı tam şarj olduğunda daha yüksek olabilir ve kullanıldıkça düşer. Bir pilin nominal voltaj değeri %80’e düştüğünde bitik (ölü) olarak değerlendirilmektedir. Pillerin türlerine göre sahip oldukları bazı nominal gerilim değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Pil Kapasitesi: Bir pilin üretebileceği enerji miktarı. Amper-Saat (Ah) olarak belirtilir. Bir amper-saatin binde biri 1 Miliamper-Saattir (1mAh) . Örneğin 12 V 10 mAh’lik bir pil; 1 saat boyunca 10 mAh, 2 saat boyunca 5 mAh ya da 5 saat boyunca 2 mAh enerji sağlar. Pilin normal kullanma şartlarında bitinceye kadar verebileceği akım değeridir. Birimi Amper-saattir (Ah). 1 Ah; 1 amper akımı bir saat süreyle verebilir demektir. Boyutları büyüdükçe akım kapasitesi artar.

Kapasite Amper-Saat (Ah) olarak özgül enerjiyi ifade eder. Uzakdoğulu üreticiler genellikle pilin üzerine gerçek kapasitesinden daha yüksek değerler yazarlar. Voltaj aynı olmak kaydı ile farklı Ah değerlerinde piller kullanılabilir ancak düşük değerlerin kapasitesi ve ömrü de daha düşük olacaktır. Kapasite; pilin kimyası, malzeme kalitesi ve fiziksel büyüklüğü ile bağlantılıdır. Farklı mAh kapasitede pillere örnekler Resim 26’da verilmiştir.

Sekonder Pillerin üzerinde genelde Amper-Saat (Ah) veya Miliamper-Saat (mAh) cinsinden akım değerleri veya başka bir deyişle sahip oldukları nominal enerji kapasiteleri yazılıdır. Bu değer, pilin bağlandığı cihaza verdiği sabit akımla (ki buna boşalma veya deşarj akımı denir), deşarjın başlangıcından deşarj sonu gerilim seviyesine ulaşıncaya kadar geçen zamanın çarpılması sonucunda elde edilir. Örneğin; üzerinde 2 Ah (veya 2000 mAh) yazılı bir pil, saat boyunca 2 amperlik bir deşarj akımını teorik olarak üretebilir.

İç Direnç: Tüm elektriksel enerji kaynaklarının ürettikleri enerjinin bir kısmını soğuran bir iç direnci vardır. Bu iç direnç pilin ya da bataryanın enerji sağladığı yükün direnciyle seri olarak bir gerilim bölücü oluşturur. Bu nedenle, piller tarafından üretilen akım arttıkça yükün üzerinden geçen voltaj azalır. İç direnç arttıkça pil, yükün üzerinden geçen voltajı değiştirmeden daha az akım verir. Yüksek güçlü pil ve akülerin iç dirençleri daha düşüktür.

Pilin iç direnci elektrolitin yoğunluğu ve sıcaklıkla ilgilidir. Elektrolitin yoğunluğu fazla ise iç direnç azdır. Sıcaklık artınca iç direnç artar. Bu pilin kendi içinde harcadığı güç bakımından önemlidir. Genellikle 0,1 ile 1 ohm arasında değişir. Bitik pillerin iç direnci büyüktür.

Şarj Edilme Süresi: Birçok pil yavaş şarj edilmelidir ( 10 saat-26 saat ). Eğer şarj sırasında pilin üzerinden fazla akım geçirilirse pil ısınıp zarar görebilir, hatta patlayabilir. Tavsiye edilen akım limiti, pilin kendi Amper-Saat değerinin onda biridir. Örneğin; 1000 mAh’lik bir Ni-Cd pili güvenli bir şekilde şarj etmek için 100 mA akım verilmelidir.

Sekonder tip şarjlı pillerde enerji geri dönüşlüdür. Bundan kasıt, elektrik enerjisinin şarj işlemi vasıtasıyla tekrar kimyasal enerjiye dönüştürülebileceğidir. Dolayısıyla nihai gerilimine veya daha alt gerilime inmiş bir sekonder pile, belirli değerdeki bir akımı belirli süre vererek, kimyasal reaksiyonları tersine çevirmek ve pili tekrardan şarjlı duruma getirmek mümkündür. Bu aşamada, Primer pillerin tamamen deşarjından sonra, elektrik akımı verilerek, tekrar şarjlı duruma getirilmesinin imkansız olduğu belirtilmelidir. Bu tür pillerin ısıtılarak biraz daha enerji verebileceği hususu tüketicide yaygındır. Ancak pillerin hiçbir şekle ısıtılmaması ve direk ısı kaynaklarının yakınında tutulmaması çok önemlidir. Aksi takdirde piller şişebilir, sızma gösterebilir, alev alır ve hatta patlayabilir. Bu duruma özellikle Lityum Pillerinde son derece dikkat edilmelidir. Pillerin şarj edilme durumları aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Her pil sistemi, kendine özgü şarj algortiması gerektirmektedir. Farklı pil tipleri aynı şarj cihazı ile şarj edilemezler. Her pil tipinin taşınması ve imhası için ayrı düzenlemeler mevcuttur.

Özgül Enerji ve Enerji Yoğunluğu : Özgül enerji ya da gravimetrik enerji yoğunluğu ağırlığa bağlı olarak pil kapasitesini ifade eder (Wh/kg). Enerji yoğunluğu ya da volumetrik enerji yoğunluğu ise Wh/l olarak ifade edilir. Bir pil yüksek özgül enerjiye, ancak düşük özgül güce (kapasite) sahip olabilir. Aynı şekilde bir pil düşük özgül enerjiye sahip olup yüksek özgül güç verebilir. Özgül enerji, pil kapasitesi ve çevrim zamanı ile aynı anlamlara gelir.

Özgül Güç : Özgül güç ya da gravimetrik güç yoğunluğu yüklenme kapasitesini ya da pilin sağlayabileceği akım miktarını ifade eder. Güç makinaları için üretilen piller, yüksek özgül güce sahiplerdir; fakat özgül enerjileri (kapasiteleri) düşürülmüştür. Özgül güç, düşük iç direnç ve güç sağlama kabiliyeti ile aynı anlamdadır.

C- Değerleri : C-değerleri şarj ve deşarj akımlarını ifade ederler. 1 C değerli bir pil mevcut Ah değerine denk gelen bir akımda şarj ve deşarj olur. 0,5 C değeri bunun yarısı bir akım demektir. 1C değerli bir pil 1 saatte şarj oluyorsa 0,5 C değerli bir pil 2 saatte şarj olur.

Yük: Pilin enerjisini alan güç yük olarak ifade edilir, Wh olarak gösterilir.

Watt ve Volt-Amper (VA) : Pilden çekilen güç watt (W) ya da volt-amper (VA) olarak gösterilir. Watt olarak ölçülen gerçek güçtür; VA ise kabloları ve devre elemanlarını da tanımlayan zahiri güçtür.

Çevrim Ömrü: İkincil piller için kullanılan bir karakteristiktir. Pil kullanılamaz hale gelinceye kadar kaç kez doldurulup (şarj) boşaltılabileceğini (deşarj) gösteren sayıdır.

4.5. Pillerin Geri Dönüşüm Durumu

Kuru piller; Kadmiyum, Cıva, Nikel, Gümüş, Kurşun, Lityum ve Çinko gibi çeşitli metalleri içeren, potansiyel tehlike arz eden elektroliz hücrelerden oluşur. Piller ayrıca pil içindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etmek için başka kimyasal maddeler de içerir. Örneğin Cıva maddesi, korozyonu (aşınma) ve pilin kendiliğinden boşalmasını önler. Diğer pil bileşikleri Grafit, Pirinç, Plastik, Kâğıt, Karton ve Çeliktir.

Bir pilin türünü dikkate almaksızın her pilin içinde yenilenebilir(tekrar kazanılabilir) kaynaklar bulunmaktadır. Ortalama olarak bir pilin % 25’i Çelikten yapılır. Çelik büyük oranda yeniden kullanıma dönüşebilir.

Pilin % 60’ı Çinko, Manganez ve Potasyum materyallerinin birleşiminden oluşmaktadır. Bu materyaller doğal yeryüzü elementleridir. Bu materyal birleşimi % 100 toplanıp mısır yetiştirmek için gübre üretiminde mikrobesin olarak yeniden kullanılabilir. Pilin ağırlıkça kalan % 15’lik kısmı kağıt ve plastikten oluşur. Bu materyaller enerji üretimi için atık tesislerine gönderilebilir. Bir pilin genel olarak oluştuğu malzemeler aşağıdaki resimde verilmiştir.

Alkali Piller geri dönüşüme verildiğinde, her pilin % 100’ünün yeniden kullanımı sağlanabilir ve bu durumda hiçbir malzeme atığa dönüşmeyebilir.

4.6. Pillerin İşaretlenmesi

Piyasaya yeni olarak satışa arz edilen bütün piller APAK Yönetmeliği ve TS EN 61429’da tanımlandığı gibi işaretlenmelidir. Aşağıdaki tabloda pillerin etiketlenmesinde kullanılacak semboller ve açıklamalar verilmiştir.

5. PİLİN TAŞIDIĞI RİSKLER

Pilde kullanılan kimyasalların çoğu aşındırıcı, zehirli veya hem aşındırıcı hem zehirlidir. Pillerde kendiliğinden veya kazara sızıntı olursa kimyasallar serbest kalır ve bu da tehlikeli bir durum oluşturur. – Çinko Karbon Pillerde sızıntı sıkça görülür. Çinko Karbon Pillerde 0,001’in altında Cıva bulunur. Bu tür pillerin soğukta bekletilmeleri önerilmektedir. Yüksek sıcaklıkta hidrojen gazı çıkışına sebep olmaktadır. İçerisinde bulunan Çinko Klorürden dolayı aşındırıcıdır (koroziftir). Yeni pillerle, kullanılmış pillerin kutularının korozyona uğramalarından dolayı oluşan farkı aşağıdaki resimde verilmiştir.

Şarj edilemeyen bir primer pil şarj edilmeye çalışılırsa veya kısa devre yaptırılırsa, bu hata veya yanlıştan dolayı pilin patlamasına neden olunabilir. Kullanılmayan alkali piller soğuk ve kuru yerde muhafaza edilmelidir. Yanlış kullanıldığında veya hasar gördüğünde, içerisinden sızan alkali temas ettiği yerin yanmasına neden olur. Sızıntı yapmış alkali bir pile örnek aşağıdaki resimde verilmiştir.

  • Nikel Kadmiyum Pilleri, zehirli olarak bilinen Kadmiyum maddesini içerdiklerinden su kaynakları ve toprak için risk teşkil etmektedir.
  • Nikel Metal Hidrit Pillerin nominal kapasitelerine eşit bir akımla uzun süreli şarj edilmeleri, akıntı ve deformasyona sebep olur.
  • Lityum maddesinin 180ºC gibi düşük sıcaklıkta erimesi nedeniyle, ısı altında yanma, alevlenme ve hatta patlama riskleri yüksektir.
  • Lityum İyon Pillerin çoğunda bulunan pozitif elektrot LiCoO2, hasar gördüğünde tehlikeli bir hal alır. Diğer pillerin aksine, yanıcı, basınçlı bileşenler, istenmeyen sonuçlar doğurabilir. Lityum iyon pillerin aşırı ısındıklarında alev alabildiklerine rastlanmıştır. Isı altında ve beklenmedik basınç veya kısa devreye maruz kalan piller, “patlayabilir”. Bu durumda pil, kullanılmaz hale geldiği gibi, içerisinde bulunduğu taşınabilir cihaza da hasar verebilir. Lityum İyon Pillerin içerisinde her hücreyi diğerinden ayıran bir ayırıcı bulunmaktadır. Bu ayırıcı, şarj ve deşarj süreçlerinde pozitif ve negatif elektrotları ayrı tutar. Ayırıcının hasar görmesi veya delinmesi, elektrotların temas etme olasılığını ortaya çıkarır. Bu durumda pil hızla ısınarak patlayabilir. Piller, bu tür durumları engellemek üzere havalandırma mekanizmalarına sahiptirler, ancak kimyasal bileşimin doğası gereği patlama olasılığı tamamen ortadan kalkmaz.
  • Genellikle Lityum Polimer yapılan yassı pillerde gaz türünün bir parçası olarak şişme meydana gelebilir. Pilin aşırı şişmesi uygun olmayan üretimden kaynaklanmaktadır. Meydana gelen basınç, pilin kaplamasını çatlatabilir ve bazı durumlarda elektronik devre panoları ve ekranlarını kırabilir. Aşağıdaki resimde yassı bir pilin şişmesine örnek verilmiştir.

Kısa devre; pil kutuplarının, anahtarlar, toka ve benzeri elektrik iletken objeler gibi maddelerle temas etmesi durumunda oluşmakta ve ciddi sonuçlara yol açmaktadır. Kısa devre oluşumundan kaçınmak için, ambalajından çıkmış şarjlı pilleri, madeni para, anahtar gibi iletken malzemelerin yanında bulundurmamak gereklidir. Bu şekilde pillerin iki ucunun bir iletken yardımıyla kısa devre yaptırılması, özellikle büyük güçlü pillerde tehlikelidir ve bu nedenle kaçınılması gereken bir durumdur. Örneğin, pilin sıcaklığının yükselmesine, iç basıncın artmasına ve bunun sonucunda da akmasına neden olmaktadır. Uzun süre kullanılmayan cihazlardaki piller akarak, cihaza zarar verebilir. Bundan dolayı kullanılmayan cihazların pilleri çıkarılmalıdır.

Pil tiplerinin çoğu, elektrot veya elektrolit olarak Kurşun, Cıva ve Kadmiyum gibi zehirli materyalleri içermektedir. Kurşun, Kadmiyum, Cıva insanlar ve çevre için zararlı maddelerdir. Bu zararlı maddeler atık sahalarından toprağa, yeraltı ve yerüstü sularına sızabilir ve aynı zamanda atık alanlarında yakıldığı zaman havaya toksinler verebilir. Üstelik Kadmiyum kolayca bitki köklerine ulaşarak, sebzelerde, meyvelerde ve yeşilliklerde toplanabilir. Bu kirli su ve bitkiler, sırasıyla hayvanlar ve insanlar tarafından tüketilmekte ve bu durum, yüksek oranda hastalık etkisini arttırmaya neden olmaktadır. Potasyum eğer sızıntı yaparsa, gözler ve derinin etkilenmesiyle kimyasal yanıklara neden olmaktadır. Atık toplama yerleri kimyasal atık üreterek, sera etkisi ve dünyadaki iklim değişikliklerine neden olmaktadır.

Atık dönüşüm uygulamalarıyla zehirli materyaller geri kazanılarak, yeni pillerin yapımında kullanılabilir. Çevresel kirliliği önlemek için her pil kullanım süresinin sonunda atık olarak toplanmalıdır. Piller elektronik bir atık türüdür. Biten piller gelişigüzel çevreye atıldığında içindeki tehlikeli kimyasallar ve ağır metaller toprağa karışır. Çevreye atılan piller çevre kirliliğinin yanı sıra güneşin etkisiyle aşırı ısınarak patlamalara yol açabilirler. Patlama sonucunda ortaya çıkan kimyasallar insan sağlığı için büyük risk taşımaktadır.

Femko Muayene, tüm bunların dışında ATEX 137 (99/92/EC) Çalışanların Patlayıcı Ortamların Tehlikelerinden Korunması Hakkında Yönetmelik Kapsamında Uygunluk Muayenesi, EN 60079-14 Patlayıcı Ortamlarda Tesis ve İşletmelerdeki Elektrik Tesisat Uygunluk Muayenesi, EN 60079-10-1 ve EN 60079-10-2 Standartları kapsamında Proje uygunluk Muayenesi gibi alanlarda da çözümler sunmaktadır.