Kimyasallardan Elektrik Üretimi: Pil Potansiyeli, Pil Ömrü ve Lityum İyon Pilleri
Galvanik pillerde elektrotların aktiflik farkı ile standart pil potansiyeli arasındaki ilişkiyi açıklar. · Pil potansiyelini etkileyen faktörler ile pil ömrünü (kapasitesini) etkileyen faktörleri ayırt eder. · Lityum iyon pillerinin anot, katot ve elektrolit yapısını, yarı tepkimelerini ve kullanım avantajlarını açıklar.
- İki elektrot arasındaki aktiflik (potansiyel) farkı arttıkça standart pil potansiyeli (E°pil) büyür; pil çalıştıkça Epil azalır ve 0 V olduğunda pil biter.
- Elektrot kütlesi, temas yüzeyi ve çözelti hacmi pil potansiyelini (Epil) değiştirmez; ancak pilin kullanım ömrünü (kapasitesini) artırır.
Lityum iyon pilinin bileşenlerini ve özelliklerini karşılıklarıyla eşleştiriniz.
Sabit sıcaklık ve derişimde bir galvanik pilin elektrot kütlesi ve çözelti hacmi 2 katına çıkarılırsa pil potansiyeli
İpuçlarına karşılık gelen kavramları yazarak anahtar kelimeyi bulunuz.
Turuncu kutulardaki harfler yukarıdan aşağıya: LAG
Görseldeki indirgenme potansiyellerine (Mg2+: -2,372 V, Zn2+: -0,763 V, Cu2+: +0,337 V) göre Mg-Cu ve Zn-Cu standart pillerinin gerilimleri için hangisi doğrudur?
- AMg-Cu pilinin gerilimi (2,709 V), Zn-Cu pilinden (1,100 V) büyüktür.
- BZn-Cu pilinin gerilimi, Mg-Cu pilinin geriliminden büyüktür.
- CHer iki pilde de Cu elektrot anot olduğu için gerilimleri eşittir.
- DAktiflik farkı arttıkça standart pil potansiyeli azalır.
Pil potansiyeli, pil ömrü ve lityum iyon pilleriyle ilgili ifadelerden doğru olanlara D, yanlış olanlara Y yazınız.
| D | Y | |
| Standart indirgenme potansiyeli en küçük (-3,040 V), yükseltgenme eğilimi en büyük metal lityumdur (Li). | ✓ | |
| Galvanik bir pilde elektrotların temas yüzeyini artırmak başlangıç pil potansiyelini iki katına çıkarır. | ✓ | |
| Lityum iyon pillerinde su ile şiddetli tepkimeyi önlemek için susuz organik elektrolit kullanılır. | ✓ | |
| Sıcaklık artışı pil içindeki istenmeyen yan tepkimeleri hızlandırarak pil ömrünü kısaltır. | ✓ |
Lityum iyon pillerinde elektrolit olarak neden sulu çözelti yerine susuz organik çözücü veya katı polimer kullanıldığını
Galvanik bir pilde uygulanan işlemlerin pil potansiyeline ve pil ömrüne etkisini gösteren tabloyu tamamlayınız.
| Uygulanan Değişiklik | Başlangıç Pil Potansiyeli (Epil) | Pil Ömrü / Kapasitesi |
|---|---|---|
| Elektrot kütlesini ve yüzeyini artırma (T, M sabit) | Değişmez | Artar (Uzun süre akım verir) |
| Yarı hücre çözelti hacimlerini artırma (T, M sabit) | Değişmez | Artar (Kapasite büyür) |
| Aktiflik farkı daha büyük elektrot çifti seçme | Artar | Daha yüksek gerilim üretir |
| Pilin uzun süre çalışarak dengeye ulaşması | Azalır ve 0 V olur | Tükenir (Pil biter) |
Görseldeki lityum iyon pilinin deşarj (kullanım) sürecindeki olayları gerçekleşme sırasına göre diziniz.
- 4Katotta CoO2 + Li+ + e- → LiCoO2 indirgenme yarı tepkimesinin gerçekleşmesi
- 2Açığa çıkan elektronların dış devreden katoda doğru akarak elektrik enerjisi üretmesi
- 1Anottaki grafit yapıda bulunan lityum atomlarının Li → Li+ + e- tepkimesiyle yükseltgenmesi
- 3Oluşan Li+ iyonlarının susuz elektrolit üzerinden katottaki CoO2 katmanına göç etmesi
Görseldeki özelliklerden hangisi cep telefonu, dizüstü bilgisayar ve elektrikli araçlarda lityum iyon pillerinin tercih edilme
- ATek kullanımlık olup tekrar şarj edilememesi ve ağır olması
- BBirim kütle başına ürettiği enerjinin yüksek ve hafif olması
- CHafıza etkisi göstermediği için tam boşalmadan şarj edilebilmesi
- DKendi kendine deşarj hızının düşük ve çevrim ömrünün uzun olması
Cümlelerdeki boşlukları kutudaki kavramlarla tamamlayınız.
- Lityum iyon pillerinde anot elektrot olarak grafit katmanı kullanılır.
- Pil tamamen boşalmadan şarj edildiğinde kapasite kaybı yaşanmamasına hafıza etkisi olmaması denir.
- Atık piller ağır metaller içerdiğinden çöpe atılmamalı, geri dönüşüm kutularında toplanmalıdır.
Lityum iyon pillerindeki tepkimeleri ve avantajları açıklamalarıyla eşleştiriniz.
Galvanik piller ve lityum iyon teknolojisiyle ilgili ifadelerden doğru olanlara D, yanlış olanlara Y yazınız.
| D | Y | |
| Lityum iyon pillerinde net deşarj tepkimesi Li(k) + CoO2(k) → LiCoO2(k) şeklindedir. | ✓ | |
| İki yarı hücre arasındaki potansiyel farkı ne kadar küçükse pilin ürettiği voltaj o kadar büyüktür. | ✓ | |
| Atık pillerin toprağa ve suya karışması ağır metal kirliliğine yol açarak ekosisteme zarar verir. | ✓ | |
| Lityum iyon pilleri şarj edilirken elektrik enerjisi yardımıyla tepkime tersine döndürülür. | ✓ |