Kurşun Asit Akünün Tarihi

Kurşun asit akü enerji depolama sistemleri araçlardan, baz istasyonlarına ve güneş enerji sistemlerine kadar daha pek çok alanda yaygın kullanım alanına sahiptir. Kullanım yerine göre farklı gereksinimleri karşılayan enerji depolama sistemleri gelişimini yüz yıllardan buyana sürdürmektedir.

Kurşun asit akü sisteminin ortaya çıkışı 18. yüzyılın ortalarında olmasına rağmen daha önce elektrik üretimi ve pillere yönelik denemeler yapılmıştır. 18. Yüzyılda bilim adamları elektrik çalışmalarına önem vermeye başlamışlardır.  Elektrik, tıp alanında önemli bir kullanım alanına sahip olmuştur. Doktorlar bazı hastalıkların tedavisinde elektrik enerjisi kullanmaya başlamışlardır. Bu şekilde kullanımın artması ve yaygınlaşması ile birlikte elektrik akımının sürekli hale getirilmesi ihtiyacı doğmuştur.  1700 yıllarının sonlarına doğru Alessandro Volta nın elektrik pilini bulmasıyla bu mümkün hale gelmiştir. Alessandro Voltanın en büyük ilham kaynağı Blogna Üniversitesi’nde tanıştığı Luigi Galvani olmuştur. Luigi Galvani hayvanlar üzerine çalışmalar yaptığı sırada kurbağa bacağı kesimi esnasında kesici çelik uç ile pirinç malzemeden yapılmış tutucu aletin birbirine değmesi ile bacağın hareket ettiğini fark etmiştir. 1791 yılında keşfettiği bu olaya hayvan elektriği adını vermiştir. Alessandro Volta, Galvaninin çalışmalarından esinlenerek elektrik enerjisi üzerine çalışmalarını devam ettirmiştir. Hayvansal sıvının yerine tuzlu su ile ıslattığı bez kullanarak metaller arasında elektrik oluştuğunu keşfetmiş ve metaller arasındaki potansiyel farkları ile Elektromotor kuvveti olduğunu keşfetmiştir.  Böylece oluşan bu elektriğin hayvanlarla ilgili olmadığını ispatlayarak 1800 yılında ilk elektrik pilini bulmuştur. Voltanın buluşu ilk kez elektrik üreten bir kaynak olması nedeniyle bilimsel önemi yüksektir. Ancak Voltanın bu buluşu sadece bir kerelik akım üretebilen kaynaklarla sınırlı kalmıştır.

Tüm zamanların en başarılı akümülator sistemi olan tekrar şarj edilebilen kurşun-asit akü sisteminin temelleri 1860 yılında Fransız Bilim adamıGaston Planté (1834-1889) tarafından atılmıştır.

gaston-plantéGaston Planté elektrik enerjisini depolayabilecek bir sistemin geliştirilmesine yönelik çalışmalarına 1859 yılında başlamıştır. Planté, birbirinden lastik şeritlerle ayrılmış ve sülfürik aside batırılmış iki kurşun levhadan oluşan ilk akümülatörü yapmıştır. Bundan bir yıl sonra koruyucu bir kutu içerisine yerleştirilmiş ve paralel bağlanmış olan dokuz aygıttan oluşan bir akümülatör bataryasını Fransız Bilimler Akademisi’ne sunmuştur. Büyük akımlar verebilen bu akümülatörün geliştirilmiş biçimi günümüzde otomobillerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Fransız mühendis Camille Alphonse Faure (1880-1881) düz kurşunun her iki yüzeyini (Pb3O4) “kırmızı kurşun” pasta ile kaplamıştır. ilk şarjda pozitif elektrotta PbO2 oluştururken negatif elektrotu ise sünger kurşuna indirgemiştir. Böylece Faure yüksek kapasiteli tekrar şarj edilebilir pillerin temelini oluşturmuştur.eski-kursun-asit-aku

Günümüzde taşınabilir elektrik kaynağı ihtiyacı olan sistemler teknoloji ile birlikte hızla kendisini yenilemekte ve geliştirmektedir. Bu sistemlerin ihtiyaçlarını karşılayabilmek amacıyla kurşun asit akü enerji depolama sistemleri de hızla gelişimini devam ettirmektedir.

Neden Gümüş – Kalsiyum Akü ?


Gümüş-Kalsiyum aküler özel alaşımlı yapılarıyla %20 daha fazla ömür ve marş basma gücüne sahiptirler.
Geliştirilmiş özel alaşımları ile iklimsel koşullara ve çalıştığı ortama bağlı olarak yüksek sıcaklıkta daha iyi performans gösterirler. Gümüş Kalsiyum Aküler pozitif elektrotta gümüş ve kalay alaşımlı kalsiyum, negatif elektrotta kalsiyum kullanılarak, minimum su kaybı yaşanan akülerdir. 

Kalsiyum-Kalay alaşımları son yıllarda akü ızgaralarında giderek artan bir kullanım alanına sahip olmuştur. Üretimde istenilen mekanik özelliklerin sağlanabilmesi amacıyla ızgara alaşımlarına kalsiyum ilavesi yapılmakta; bu aşamada kalay alaşımın erime noktasını azaltarak ötektik sıvı aralığını arttırmakta ve üretim kolaylığı sağlamaktadır. Bunun yanında kalay elementi, ızgaraların iç yapısındaki tanelerin büyümesini sağlayarak korozyon direncini arttır. Akülerde iklimsel şartlar ve kullanım alanlarına göre sıcaklık artışıyla birlikte korozyon mekanizmasına ek olarak ızgara büyümesi de akü ömrünü etkileyen bir faktör olarak ortaya çıkar. Izgara büyümesi sürünme (creep) mekanizmasıyla doğrudan ilişkilidir.

PbSürünme olayı malzemelerin farklı sıcaklıklarda sabit veya değişken yükler altında deformasyona uğramasıdır; sırasıyla dislokasyon sürünmesi, difüsyon sürünmesi ve tane sınırları sürünmesi şeklinde gerçekleşir. Dislokasyon, malzemelerin deformasyona uğramasını sağlayan mekanizmanın adıdır. Dislokasyonlar düzlemsel hatalardır ve kristal yapıdaki kayma düzlemleri boyunca hareket ederler. Bu dislokasyon hareketlerini engellemek ya da sınıflandırmak için kristal yapıda, çözünmüş atomlar, çökelen ikincil fazlar ya da tane sınırları olması gerekmektedir. Difüzyon sürünmesi boşluk (vacancy) gibi kristal hataların kafes içerisinde hareketi ile gerçekleşir ki bu hereketin temeli difüzyondur. Difüzyon hızı sıcaklığın artmasıyla artar.

Sürünme çok kristal (polycrystal) malzemelerde daha çok görülür. Bunun nedeni tane sınırlarının sürünme için uygun bölgeler olmasıdır. Tane sınırlarının enerjisi yüksektir bu nedenle tane sınırlarında tanelerin kayması daha kolay gerçekleşir. Sıcaklığın artması tane sınırlarındaki kayma hareketine arttırıcı etki eder. Bu nedenle tane sınırı sayısı az olan malzemelerde taneler arası sürünme daha az gerçekleşir. Sürünme mekanizmaları için en önemli dış etkinin sıcaklık olduğu anlaşılmaktadır.
Araçlarda motorun ısınması kaynaklı kaput altı sıcaklıkları yükselmektedir. Bu sıcaklık motor tipine göre değişmekte ve mevsimsel yüksek sıcaklıklarla kendisini göstermektedir. Bu nedenle sıcaklığın aküye etkisi önem kazanmaktadır. kristalde-atomik-bosluklarin-difuzyon-hareketi

Akü ızgaralarının sürünme etkisi ile büyüme göstermesi akülerin düşük çevrimlerde hasara uğramalarına neden olur. Bu hasarların önlenmesi için pozitif ızgaralarda Gümüş (Ag) elementi içeren Gümüş-Kalsiyum alaşımları kullanılmaktadır.

atomik-carpilma-distortionGümüş elementi kurşun ana matriksi içerisinde homojen çökelme etkileri gösterir. Gümüş ana matriks içerisinde ve tane sınırlarında çökelerek, kurşun ana matriks içinde çarpılmalara neden olur, böylece malzeme mukavemetini arttırır. Ana matrikste oluşan Gümüş çökelmeleri dislokasyon hareketlerini ve kristal içerisindeki boşlukların difüzyonunu yavaşlatır veya engeller; sürünme direncini arttırır. Tane sınırlarına yerleşen Gümüş elementi, kayma hareketlerini engellemesi ve korozyon direncini arttırması ile sıcaklığa bağlı sürünme direncini de arttırarak ızgara deformasyonlarının azalmasını sağlar. Gümüş-Kalsiyum, Kalsiyum aküler kazandığı bu özellikleri nedeniyle yüksek sıcaklık ortamlarına ve derin deşarj koşullarına daha dayanıklıdır.

Kaynaklar
 1* http://www.shapeways.com/model/191585/face-centered-cubic-unit-cell.html
 2* http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/diffusion/diffusion_mechanism.php
 3* http://www.metallurgy.nist.gov/phase/solder/agpb.html
 4* http://practicalmaintenance.net/?p=1618