Pillerin hayatımızda devasa bir kullanım alanı var. Bu kadar çok kullandığımız enerji deposu hakkında hepimiz az çok bir şeyler biliyoruz, fakat bunlar nasıl üretiliyorlar? Bu yazımızda üretim şekillerinden genel hatlarıyla bahsedeceğiz.
Pillerin çalışma mekanizması genel olarak aynı olsa da içerikleri pillerin verimini değiştirdiği gibi isimlerini de veriyor. Ve biz de bu isimlere göre sınıflandırıyoruz. Örneğin alkalin pillerde, alkalin elektrolit çözeltinin içine daldırılmış iki elektrodun birlikte tepkimeye girmesiyle elektrik elde edilir. Çözeltinin alkalin bir elektrolit olması da burada önemli bir rol oynar. Alkalin çözeltinin içinde olan elektrotlar da çinko ve karışımlarından oluşur. Bu farkındalığı ve iç yapısı, kullanım ömrünü uzattığı gibi iç direnci de alaşımlardan ötürü düşük olduğu için yüksek güç verebilir. Çinko-karbon pillerde ise bir elektrodun (katot) karbon çubuk olarak farklılık göstermesi ‘çinko-karbon’ ismini almasını sağlar. Bu ve birkaç etmen daha ile çinko-karbon’un iç direnci alkalin pile oranla daha yüksektir, bu da gücünü olumsuz yönde etkilediği için enerjisi düşer fakat yine de kullanım ömrü alkalin pillerin gibi uzun olması daha çok küçük elektronik aletlerde kullanımını yaygınlaştırır. Civa-oksit [HgO] pillerde de katodun civa oksit olarak değişmesi pilin yapısını değiştirir ve çok küçük enerjiyle çalışan saatlerde kullanılır.
Peki bu gücü belirleyen etmenler sadece katottan mı ibaret? Gelin sizlerle pilin iç yapısına girip hem nasıl üretildiğine hem de kimyasallarına bakalım.
Konsol
Konsol, pilin dışarıdan görünen kısmıdır. Nikel kaplı çeliğin oval parçalara kesilip tüp haline gelmiş biçimine denir. Bu haliyle anot, katot, akım kollektörü ve diğer kimyasal maddeleri barındırır.
Pilin Kalbi
Pillerin çalışma prensibi, anot ve katot uçları arası bağlantının tamamlanmasıyla elektrotlar arası kimyasal tepkime tetiklenip akım oluşmasıdır. Alkalin pillerde bu bağlantıyı bir çivi yapıyor. Kilometrelerce olan pirinç tellerden 4 cm lik kesitler alınıp pilin merkezine yerleştirilir. Pirinç, yüksek bakır oranı sayesinde iyi bir iletken görevi görür. Böylece iç direnci düşük olur, bu da karbon pillere oranla neden daha çok güç verdiğini açıklar. İç direnci daha yüksek olan çinko-karbon pillerde ise anot ve katot uçları arasındaki bağlantıyı bahsettiğimiz karbon çubuk sağlar. Civa-oksit gibi Küçük silindirik saat pillerinde de birkaç kâğıda emdirilmiş potasyum hidroksit [POH] elektrolit görevini görür. Potasyum hidroksit emmiş bu kağıtlar, anot ve katot arasına yerleştirilir. Burada Potasyum hidroksit, elektrotlarla elektrik üretmesi için etkileşime geçen elemandır ve kalem pillere de enjekte edilir.
Fabrikada alkalin pillerde çiviyi konsola yerleştirme işlemlerine geçilmeden, “akım kollektörleri” adı altındaki henüz hazır olmayan çiviler temizlenmelidir. Çünkü bu kısa tellerde çok küçük toz ve çapaklar kalmaktadır. Bunun için öncelikle kesim işlemleri bitince, içinde kum bulunan silindirik bir cihaz sayesinde yuvarlanıp temizlenir. Arınma iyi olursa sonrasında çivi de kullanışlı olur. Sonra kısa tellerin başı, nikel kaplamalı çelik bir kapak kaynaklayan Kapak Takma Makinesi sayesinde takılır ve böylece çivi görünümünü alır. Çivinin etrafına da pile güç veren iki elektrot temas etmemesi için separatör adı verilen bir katmanlı kağıt rulosu ile çivi sarılıp yalıtılır. Bunların özelliği, üstündeki mikroskobik büyüklükte delikleri sayesinde iyonların anyon ve katyon arası geçişine olanak vermesidir. Makineler bunları tutturmak için yapıştırıcı kullanırken bu yapıştırıcı kuruması ve yayılması için fabrikada yaklaşık bir dakikalık kıvrımlı bir rota izlerler.
Pilin (-) Kutbu
Alkalin pillerde çiviye güç veren anot, elektronu kolayca bıraktığı için çinkodan elde edilir ve bu çoğu pil türü için de geçerlidir. Fabrikaya büyük külçe halinde gelen çinkolar 20-25 kg’lık ağırlığından kurtulmak için ısıtılıp eritilir. Anot’un üçte ikisi çinkodan, kalan kısmı ise başka kimyasallardan oluşur. Bu noktada pil şirketleri farkındalık gösterip ekledikleri değişik kimyasallar ile pilin performanslarını artırıyorlar. Bu karışım aynı zamanda pilin tekrar doldurulabilirliğini de belirliyor. Kimyasallarla birleşince gümüş gri rengini alan 4 gr ’lık çinko karışımı, anot boşluğuna enjekte edilir. Aynı yöntem çinko-karbon pillerde de geçerlidir. Sonra kalem pilin eksi kutbu dediğimiz yere kaynak makinesi tapa takar ve bunun en önemli özelliği de yüksek basınca dayanıklı olmasıdır. Yine de akıntı ihtimaline karşı makineler kabartma işlemi uygular.
Pilin (+) Kutbu
Pillerin katot tarafına pilin karakteri de denilebilir. Çoğu pilde ana bileşeni Mangan dioksit [MnO2]‘ten oluşur. Bunun sebebi mangan dioksit güçlü bir elektron toplayıcısıdır, fakat tek başına yeteri kadar iyi bir iletken olmadığı için alkalin pillerde grafit, çinko-karbon pillerde karbon veya civa oksit pillerde de civa-oksit ile karıştırılır. Bunun sonucunda örneğin Mangan Dioksit Grafit Tozu oluşur. Bu toz karışımını oluşturmak için sürekli titreşim halinde olan 5-6 katlı bir silo şebekesine ihtiyaç duyulur. Bu birbirine bağlı şebekede oluşturulmuş toz, konsollara doldurulması için sıkıştırılıp topak haline getirilir.
Montaj İstasyonu
Montaj istasyonunda Konsol Presi topak haline gelmiş toz alaşımları konsol içine sıkıştırıp diğer makineler de çinko karışımını ve elektrolit çözeltiyi enjekte ettikten sonra piller mühürlenir. Sonrasında Elektrik Test Cihazı ile her bir pile 200 ms kadar kısa bir süre dokunup enerjisi olup olmadığı kontrol edilir. Etiket Makinesine sıra gelince pillere plastik etiket sarılıp 198°C’luk fırında yaklaşık üç saniye bekletilip plastik etiketin pile yapışması sağlanır. Bu etiket marka ve açıklamalardan ziyade ilave izolasyon da sağlar.