Pil teknolojileri üzerine yapılan Ar-Ge çalışmalarında, özellikle laboratuvar ortamında malzeme testleri (katot, anot, elektrolit performansı) genellikle "Coin Cell" yani düğme pil formatında gerçekleştirilir. Bu formatın endüstri standardı ise CR2032 modelidir. Peki, araştırmacıların ve üreticilerin sıkça kullandığı bir CR2032 kasa setinin içinde tam olarak neler bulunur ve bu parçalar ne işe yarar?
Bu yazımızda, bir lityum iyon pil hücresini oluşturmak için gereken paslanmaz çelik kasa bileşenlerini detaylıca inceliyoruz.
Teknik detaylara girmeden önce isimlendirmeyi anlamak önemlidir.
C: Lityum kimyasını (genellikle Manganez Dioksit/Lityum) temsil eder.
R: Yuvarlak (Round) şekli ifade eder.
20: Pilin çapının 20 mm olduğunu gösterir.
32: Pilin kalınlığının 3.2 mm olduğunu gösterir.
Standart bir CR2032 kasa seti genellikle 4 ana metal parçadan ve 1 yalıtkan contadan oluşur. Bu parçalar genellikle korozyona dayanıklı 304 veya 316 Paslanmaz Çelikten (SS304/SS316) üretilir.
Setin üst kapağını oluşturan bu parça, genellikle sızdırmazlık sağlayan bir Polipropilen (PP) O-ring conta ile birleşik halde gelir.
Görevi: Anot tarafını (negatif elektrot) dış ortamdan izole etmek ve elektrolit sızıntısını önlemektir.
Önemi: PP conta, pil kapatıldığında (krimplendiğinde) ezilerek hava ve sıvı geçirmez bir mühür oluşturur. Eğer conta kalitesizse, pil kısa devre yapabilir veya hava alarak bozulabilir.
Pilin alt kısmını ve yan duvarlarını oluşturan en büyük parçadır.
Görevi: Katot tarafını (pozitif elektrot) taşır ve pilin dış iskeletini oluşturur.
Özel Not: Yüksek voltajlı uygulamalar (örneğin 4.5V üzeri) için çalışıyorsanız, elektrolitin paslanmaz çelikle reaksiyona girmesini önlemek için iç yüzeyi Alüminyum kaplı (Al-clad) pozitif kasalar tercih edilmelidir. Standart LFP veya NMC testleri için 304 paslanmaz çelik yeterlidir.
Genellikle 0.5 mm veya 1 mm kalınlığında, paslanmaz çelikten yapılmış düz bir disktir.
Görevi: Pil içerisindeki boşluğu doldurarak elektrotlar ve seperatör üzerinde homojen bir baskı oluşmasını sağlar. Ayrıca akım toplayıcı (current collector) görevi görerek elektronların akışını kolaylaştırır.
Kullanımı: Yay ile elektrot arasına yerleştirilir.
Pil hücresinin en kritik mekanik parçalarından biridir. Genellikle dalgalı yay (wave spring) veya konik yay formundadır.
Görevi: Pil kapatıldıktan sonra içeride sürekli bir iç basınç oluşturmaktır.
Neden Gerekli? Lityum iyon piller şarj/deşarj döngüleri sırasında genleşip büzülebilir. Yay, bu hacim değişimlerini tolere eder ve katmanların (Anot-Seperatör-Katot) birbiriyle temasının kesilmesini engeller. Temasın kesilmesi, pilin iç direncinin artmasına ve çalışmamasına neden olur.
Bu parçalar, el ile birleştirilip kapatılamaz. Aktif malzemeler, elektrolit ve seperatör yerleştirildikten sonra, Hidrolik Krimp Makinesi (Coin Cell Crimper) kullanılarak yüksek basınç altında mühürlenir. Bu işlem sırasında negatif kasadaki PP conta sıkışarak tam sızdırmazlık sağlanır.
Temizlik: Parçalar kullanılmadan önce mutlaka etanol veya aseton ile temizlenmeli ve kurutulmalıdır.
Malzeme Seçimi: Elektrolit türünüze göre korozyon direnci yüksek (316L) çelikleri tercih etmeniz, test sonuçlarınızın tutarlılığını artırır.
Saklama: Parçalar oksitlenmemesi için nemden uzak, kapalı ambalajlarda saklanmalıdır.
