Elektrik Akımının Kimyasal Etkileri

Kurşun Asit Akü

Pillere(primer elemanlar) nazaran akümülatörler tekrar tekrar doldurulabilirler(şarj edilebilirler). Bu nedenle sekonder elemanlar olarak da tanımlanmaktadır.  Sayılabilecek en önemli akümülatörler kurşun asit akü ve çelikli akülerdir. (akümülatör = akü)

Kurşun asit akü örneğin otolarda acil aydınlatma sistemlerinde vb. kullanılmaktadır. Bir kurşun asit akü çalışma prensibi basitçe şöyle açıklanabilir. Şekilde görüldüğü gibi içinde seyreltik sülfürik asit bulunan bir kaba iki kurşun plaka sokulup, bir ampermetre üzerinden akım geçirildiğinde, ampermetre ibresi sapacak ve bir plaka kararacaktır. Plakalar üzerinden geçen akım elektroliti ayrıştırmış ve bu nedenle elektrotu kimyasal reaksiyona sokmuştur. Yani bu aygıt elektrik enerjisini depolamış ve şarj etmiştir. Akım kaynağı ayrılıp devreye bu kez bir lamba bağlandığından ampermetre ibresi tersine sapacak ve lamba yanacaktır. Yani bu durumda bu aygıt deşarj etmiştir. Buradan bir aküde deşarj akımının şarj akımına göre ters aktığı sonucuna varılmaktadır. Şarj akımı elektrotların üst yüzeyinin kimyasal yapısını değiştirmiş ve şarj sonrası elektrolit içinde iki farklı elektrot oluşmuştur. Bu nedenle iki farklı elektrot arasında bir gerilim doğmaktadır. Bu akümülatör deşarj esnasında bir üretici, şarj esnasında bir tüketici durumundadır. Bundan dolayı akünün şarjında artı kutup şarj aygıtının artı kutbuna bağlanmalıdır.

Kurşun asit akü yapısı

Kutusu dayanıklı bakalitten yapılmış olup, kurşun plakalar, separatörler, elektrolit sıvısı ve bağlantı parçalarından oluşur. Kutunun içi akü gerilimine göre birkaç bölmeye ayrılmıştır. Kutunun içine seyreltik sülfürik asit doldurulmuş ve kurşun plakalar ve bu sıvı içine daldırılmıştır. Gerçekte bunlar som kurşun plaka değildir. Artı kutup plakaların üzeri kurşun dioksit macunu ile eksi kutup plakaların üzeri ise süngerimsi kurşun macunu ile sıvanmıştır.kurşun asit akümülatör

Her bölmede iki kurşun plaka ve bir kurşun dioksit plakası bulunur. Kurşunların birbirine değmesini engelleyen ve buna karşın asit geçişini sağlayan separatörler aralara yerleştirilmiştir. Bu separatörler asitin etkilemeyeceği maddelerden örneğin ahşap, plastik vb. yapılmıştır. Bunlar zar şeklinde olup çok sık gözenekleri vardır ve bu nedenle iyon hareketine olanak tanırlar. İki adet kurşun plaka bölme içinde birbirine bağlanmıştır ve buradan dışarıya eksi kutup bağlantı ucu çıkarılmıştır. Kurşun dioksit plaka ise tek olup, bunun da bağlantı ucu artı kutup halinde dışarıya çıkarılmıştır. Şekilde kutu dibinde görülen bölmeler ise bir cins tortu gözleridir. Dikkat edildiğinde plakalar kutu tabanına değmemektedir. Bunun nedeni zamanla biriken tortul maddelerin plakaları kısa devre etme olasılığıdır. Bu tortul maddeler akünün işletmesi esnasında oluşmakta ve bundan kesinlikle kaçınılamamaktadır.

Kurşun asit akü bölme gerilimi 2V kadardır. Daha yüksek gerilimler gerektiğinde bölmeler seri bağlanarak amaca ulaşılır. Örneğin 12V’luk bir gerilim istendiğinde 6 adet bölme seri bağlanarak bir akü bataryası oluşturulur. Ayrıca akü üzerinde eksilen sıvıyı tamamlamak amacıyla ve üzerinde gaz çıkışına olanak tanıyan delikli kapaklar mevcuttur. Her bölme için bir kapak öngörülmüştür.

Saf su ile seyreltilmiş sülfürik asitin (H2SO4) yoğunluğu plaka cinsine göre 1,20 ile 1,28 g/cm3 arasındadır.

Kurşun Asit Akü Plakaları

Bugün akülerde çeşitli cinsten plakalar kullanılmaktadır. Bunlar şekilde görüldüğü gibi sırasıyla kafes, pozitif büyük yüzeyli, pozitif borulu, ve negatif bölmeli plakalardır. akü plaka çeşitleriKafes tipi plakalar hem pozitif hem de negatif kutup için kullanılmakta olup sert kurşundan üretilmiştir. Kafeslerin içine etkin elektrot maddeleri preslenmiştir. Kafes tipi plakalar çok dayanıklı değillerdir. Pozitif büyük yüzeyli plakalar üzerinde yüzeyi büyük tutmak için çok sayıda ince oluklar vardır. Bunlar döküm yoluyla elde edilirler. Pozitif borulu plaka elektrolitin geçmesine olanak tanıyan çok sayıda borucuklardan oluşmuştur. Bu borular asite dayanıklı izolasyon malzemesinden yapılmıştır. Her borucuk içinde kurşun dioksit macunu bulunmakta olup bunlar bir kurşun çerçeve ile birbirine bağlanmıştır. Bölmeli plaka tek tek bölmelere ayrılmış sert kurşundan bir kasadır. Bu bölmelerin içine etkin elektrot malzemesi doldurulur. Pozitif kutbun etkin maddesi olan kurşun dioksit elektrokimyasal yolla kurşun plakadan elde edilmektedir. Böyle bir işlem teknik literatürde formasyon olarak anılır.

Bir kurşun asit akü içindeki elektrokimyasal evreler

Deşarj

Şarj ve deşarj esnasında bir akünün içinde oluşan kimyasal dönüşüm evreleri kimyasal formüller yardımıyla aşağıda olduğu gibi gösterilebilir.

kurşun asit akü elektrokimyasal formül

Deşarj esnasında sülfürik asitin H+ iyonları akımla pozitif elektrota doğru hareket ederler. Elektrot üzerinde elektron alarak ve oksijene bağlanarak su oluştururlar:

deşarj anında pozitif elektrot kimyasal formül

Aynı sırada SO4– –  iyonları akım yönünün tersine hareket ederek negatif elektroda ulaşırlar. Burada elektron vererek kurşuna bağlanırlar.deşarj anında negatif elektrot kimyasal formül

Buradan deşarj esnasında her iki elektrodun sülfatlaştığı ve sülfürik asitin tüketildiği anlaşılmaktadır.

Öyleyse: Deşarj anında asit yoğunluğu düşer.

Şarj

Şarj esnasında ise deşarjdan önceki duruma geri dönülür. Çünkü bilindiği gibi şarj akımı deşarj akımı ile ters yöndedir.

Pozitif elektrottaki oluşum

şarj anında pozitif elektrot kimyasal formül

Negatif elektrotta ise

şarj anında negatif elektrot kimyasal formül

ortaya çıkmıştır.

Özetle şarj anında pozitif plakada kurşun dioksit negatif plakada metalik kurşun ortaya çıkmış su tüketilmiş ve sülfürik asit kazanılmıştır.

Öyleyse: Şarj anında asit yoğunluğu yükselir.

Şarj Durumu ve Sülfatlaşma

Bu tanımlardan bir akümülatörün şarj durumunun asit yoğunluğuna bakılarak saptanabileceği anlaşılmaktadır. Yoğunluk ölçeri olarak bir areometreden ya da bomemetreden yararlanılmaktadır.kurşun asit akü asit yoğunluğu şarj durum tablosu

Kurşun asit akü buharlaşma yoluyla ısı kaybının daima söz konusu olduğu bir aküdür. Bu nedenle belirli periyotlarla elektrolit seviyesi kontrol edilmeli ve saf su katılarak tamamlanmalıdır. Şarj anında ve özellikle 2,4 V’dan daha yüksek bölme gerilimleri gibi aşırı şarj hallerinde akü bölmelerinde patlayıcı gazlar oluşur. Hatta bu oluşum şarj sonrası da uzun süre devam eder. Bu nedenle şarj yapılan ortamlarda sigara içilmemeli ve ateşle oynanmamalıdır.kurşun asit akü şarj deşarj gerilimi

Deşarj başlangıcında bölme başı gerilim 2 V kadardır. Bu gerilim değeri deşarj edildikçe düşer. Bir Kurşun asit akü bölme gerilimi 1,8 V dan aşağı düşmemelidir. Aksi halde sülfatlaşma iri kristaller halinde oluşacak ve artık akünün şarjına olanak tanımayacak şekilde bunlar plakalara yapışarak aküyü bir daha kullanılmaz hale sokacaklardır. Böyle bir duruma düşmüş akünün tekrar çalışır hale sokulması için sökülmesi ve plakaların değiştirilmesi zorunludur.  Aküye kapasitesinin üzerinde sert deşarjlar yaptırmak yaşamını oldukça yıpratır, plakaların üzerindeki macunun çatlamasına ve dökülmesine neden olur.  Bu döküntüler separatör deliklerini tıkayarak akü kapasitesini düşürür ve akü tabanında birikerek kısa devre tehlikeleri doğurur.

Deşarj kapasitesi ve verim

Bir akünün enerji depolama yeteneğine kapasitesi denir.

Kimyasal olarak dönüşebilecek madde miktarı ne kadar çok olursa kapasite o kadar yüksek olur. Deşarj akımının yüksekliği aküden çekilecek elektrik yükü ile ters orantılıdır. Kapasite çevre sıcaklığıyla doğru orantılı olarak değişir. Çevre sıcaklığı düştükçe bir kurşun asit akü kapasitesi düşerken çevre sıcaklığı yükseldikçe akü kapasitesi artar. Çok yüksek akım çekişlerinde elektrokimyasal evreler yalnızca plakaların üst yüzeylerinde oluşur.

Bir akünün deşarj kapasitesi denilince akla deşarj akımı ile deşarj süresinin çarpımı gelmelidir. Her akünün üzerinde ampersaat olarak bu kapasite belirtilmiştir.

K = I .t

K: anma kapasitesi (Ah)       I: deşarj akımı (A)    t: deşarj süresi (h)

Örnek:  100 ampersaat (Ah) kapasitesindeki bir akü 4 saatte boşalmıştır. Ortalama deşarj akımı kaç amperdir ?

I= K / t                  I= 100 Ah / 4 h =25 Adeşarj karakteristiği

Şarj anında otaya çıkan ısı kayıplarından ve gaz oluşumundan dolayı bir akünün şarj kapasitesi deşarj kapasitesinden büyüktür.

Deşarj kapasitesinin şarj kapasitesine oranı o akünün verimini verir. Bu verim (ƞAB) iyi cins akülerde 0,9 kadardır. Ve akünün kalite sınıfını gösterir.

ƞAB = (Id . td) / (Iş . tş)

ƞAB: verim       Id: deşarj akımı        td:deşarj süresi    Iş: şarj akımı    tş: şarj süresi

Her şarjlı aküde piller gibi bir kendi kendine boşalma da söz konusudur. Bunun miktarı 24 saatte kapasitesinin %1 i kadardır. Yani yeni ve tam şarjlı bir akü hiç kullanılmadığı taktirde 100 gün sonra boşalır. Kendi kendine boşalma çevre ısısının artması ve asitin kirlenmesi ile hızlanır.

Şarj cinsleri

Pratikte akü şarj akımının saptanmasında akü üzerinde verilen kapasite değerinin %10 u esas alınır. Örneğin 110 Ah’lik bir akünün şarj akımı 11 A olmalıdır. Anma şarj akımı akümülatör üreticisi tarafından belirtilmiş ve normal şarj için şarj başlangıç akımıdır. Şarj tutma için anma şarj akımının %1 i kullanılır.

Hızlı şarj şekli kısa süre içinde anma şarj akımının birkaç katını kullanarak uygulanır. Ancak bu işlem esnasında bölme başına 2,4 V olan gaz oluşturma gerilimi aşılmamalıdır. Hızlı şarjda şarj kapasitesinin %80 ine ulaşılmış olur.

Destek şarj şeklindeki akü daimi olarak bir gerilim kaynağına örneğin bir şarj redresörüne paralel bağlıdır. Akü burada kısa süreli ve acil haller için akım sağlar. Şarj akımının değeri şarj redresöründen ayarlanabilir. Bölme başına 2,2 V’luk bir gerilim verecek şekilde bu akımın değeri saptanır.

Aküler hakkında tavsiyeler

Akü kutusu hassas bir parçadır. Yerine konulurken bir yere taşınırken çarpmamaya dikkat edilmesi gerekir. Akü başları daima temiz tutulmalı ve sık sık temizlenmelidir.  Yaz aylarında en az iki haftada bir kışın en az ayda bir defa elektrolit seviyesi kontrol edilmeli, eksilme varsa saf su ile tamamlanmalıdır. Elektrolit plakaların 1 – 1,5 cm üzerinde olmalıdır. Aküler yerlerine iyice oturtulmalı ve sarsıntılardan etkilenmemelidir. Kablo başlarına tuzların birikmesini önlemek için vazelin sürülmelidir. Kesinlikle bu işlem için diğer yağlar ya da gres yağı kullanılmamalıdır. Kapakların havalandırma deliklerinin kapalı bulunmamasına dikkat edilmelidir. Aküler hiçbir zaman tam deşarj halinde bırakılmamalıdır. Aksi taktirde plakalar hem sülfatlaşır hem de kış ise elektrolit donabilir.

Bahsettiğimiz bu koşullar akümülatörden iyi bir hizmet alabilmek için kesinlikle gereklidir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.