İlk pili kim icad etti?

Piller

Günümüzden yaklaşık 2.000 yıl önce, eski Yunan bilgini Thales, bir kumaş parçasını fosil ağaç reçinesinden oluşmuş sarı bir kayaç türü olan kehribara sürterek, küçük elektrik kıvılcımları elde etmişti. Ama insanların bu gücü denetim altına alarak, düzenli bir elektrik akımı sağlayan pili üretmeyi başarmaları için aradan çok uzun bir zaman geçmesi gerekliydi. 1800'de Alessandro Volta (1745-1827), yaptığı ilk pile ilişkin ayrıntıları yayınladı. Volta pili belirli çözeltiler ile metal elektrotlar arasındaki kimyasal tepkimeden yararlanma yoluyla elektrik üretiyordu. John Frederick Daniell (1790-1845) gibi başka bilim adamları, elektrot yapımında farklı gereçler kullanarak Volta'nın tasarımını geliştirdiler. Günümüzün pilleri de aynı temel tasarıma dayanmakta, ama yapımlarında modern gereçler kullanılmaktadır.

PİLİN İCADI

Günümüzde kullanılan en önemli araçlardan biri olan pil, 1800 yılında tesadüf sonucu bulunmuştur. Elektriğe ilişkin bilgiler, M. Ö. 600 yıllarına kadar gitmekle birlikte bilimsel olarak ilk defa 17. yüzyılda ele alınmıştır. Ancak 19. yüzyıla kadar bilinen elektrik türü, bir kumaşa sürterek elde edilen ya da yıldırım elektriği olarak bilinen statik elektriktir. 19. yüzyılda buna elektrik akımı eklenmiş ve sürekli elektrik akımını mümkün kılan pil icat edilmiştir. Elektriğin bu dalındaki çalışmaları başlatan kişi, ünlü kurbağa deneyi ile tanınan Luigi Galvani (1737-1798)'dir.
780 yılında yaptığı deneylerin sonuçlarını 1791'de açıklayan Galvani, "hayvansal elektrik" teorisini ortaya attı. Bu teorisini, rastlantı sonucu ölü bir kurbağanın bacağındaki sinirlerin neşter ile kesildiğinde kasıldığını gözleyerek oluşturmuştu. Buna göre, canlıları oluşturan hücreler elektrik içermekteydi.

1793'de Galvani'nin deneylerine devam eden Alessandra Volta (1745-1827) kurbağa bacağı kasılmalarının farklı iki metalden kaynaklandığını bulur. Bacağın uyarılması, birbirine benzemeyen iki farklı metalden ve hücrelerin sıvı içermesinden kaynaklanıyordu. O hâlde elektrik elde edebilmek için iki farklı metale ve sıvıya ihtiyaç olmalıydı. Bundan yararlanarak bakır ve çinko madenleri alarak aralarına tuzlu suya batırılmış süngerler yerleştiren Volta, elektrik akımını elde etmeyi başardı. Böylece Volta Pili adı verilen pili buldu (1800).

Böylece Volta, Galvani'nin biyolojik deneylerinin sonucu olan Hayvansal Elektrik Teorisi'ni ortadan kaldırdı. Galvani'nin deneyleri bilim tarihinin en ilginç olaylarından birisidir. Galvani ve Volta arkadaştılar ve Galvani asla Volta'ya kuramını ortadan kaldırdığı için kin duymadı. Volta da Galvani'nin deneylerinin güzel ve şaşırtıcı deneyler olduğunu yazmaktaydı. Çalışmalarından ötürü Napolyon onu ödüllendirdi ve Avusturya İmparatoru, onu Padua Üniversitesinde Felsefe Fakültesi Başkanlığına getirdi. Ölümünden 54 yıl sonra 1881'de Volt adı, elektrik gücü birimi olarak onun anısına itafen kullanılmaya başlandı.

Pili kim icat etti.
Son 400 yılın en önemli buluşlarından biri elektrik olmuştur. Ama burada akıla gelen soru elektriğin yaşamımızda bu kadar uzun zamandır olup olmaması ise cevap “evet, hatta daha uzun zamandır var” olacaktır. Şaşılacak bir gerçek ise tarihin en eski çağlarından beri bilinen elektriğin ancak 1800 lü yıllardan başlayarak insanlar için kullanılabilecek bir düzeye getirilmiş olmasıdır.

Elektrik üretmede kullanıldığı bilinen en eski yöntem ise statik yüklemedir. “Elektrikli tabanca” da denen Alessandro Volta (1745-1827) buluşu olan düzenek içine elektrik teli konulduktan sonra metan gazı doldurulan bir şişeden oluşuyordu. Telden bir elektrik kıvılcımı yollandığında kıvılcım metan gazını ateşleyerek şişenin patlamasına yol açıyordu.

Daha sonraları Volta bu buluşunu Volta uzak mesafeler arasında haberleşme amacı ile kullanmayı düşündü, tabi ki yalnızca bir işaret iletebilen. Düşüncesine göre İtalya’da Como ve Milano şehirleri arasında tahta direkler üzerinde bakır tel çekilecek ve bir tarafında kıvılcım üreteci, diğer tarafında da metan dolu şişe bulunacaktı. Taraflar arasında kararlaştırılmış bir olay gerçekleştiğinde de kıvılcım jeneratörü çalıştırılıp öteki uçtaki şişe patlatılacak ve böylece olayın gerçekleştiği mesajı iletilmiş olacaktı. Fakat bu iletişim hattı hiç gerçeğe dönüştürülmedi.

Elektrik üretiminde sonraki kademe ise elektroliz yöntemi ile oluştu. Volta 1800 yılında bazı sıvıların metaller arasında kimyasal reaksiyon yaratıp devamlı elektrik üretimine yol açtığını fark etti. Daha sonrada bu üretim hücrelerini seri bağlayarak gerilimin arttırıldığını gördü. Bu gözlemler pilin keşfedilmesine öncülük etmiştir.
Pilin bulunması ile deneyler artık kıvılcımların bir anlık etkisi ile sınırlı kalmaktan kurtuldu. Artık kesintisiz ve devamlı bir elektrik kaynağı elde edilmişti.

1800’lerin başında Fransa teknolojik gelişmelerin zirvesine ulaşmıştı. Yeni buluşlar ve fikirler siyasi arenadan da destek görmeye başlamıştı. Bir davet üzerine Volta Fransa Ulusal Enstitüsünde Napolyon Bonapart’ın da bulunduğu bir topluluğa bir dizi ders verdi. Bu dersler sırasında yapılan pillerden kıvılcım üretme, elektrik ile çelik bir teli eritmek, elektrik ile bir silahı ateşlemek ve suyu elemanlarına ayırmak gibi deneylerde Napolyon bizzat Volta’ya yardımcı oldu.
1802 de Dr. William Cruickshank seri üretilecek pilin tasarımını yaptı. Cruickshank aynı boyutlarda kare şeklinde kesilip uçlarından lehimlenmiş bakır ve çinko plakaları etrafı çimento ile sıvanmış tahta kutulara koyarak içini tuzlu su ya da su ile seyreltilmiş asitle dolduruyordu. Plakaların aralarındaki mesafeyi sabit tutmak için tahta yüzeyin üzerine oluklar yapılıyordu.
Sir Humphry Davy‘nin Londra Kraliyet Enstitüsü kasalarına çok güçlü pilleri yerleştirmesi yeni buluşların önünü açtı. Davy pilleri karbon elektrotlara bağlayarak elektrikle üretilen ilk ışığı elde etti. Bugün ark lambası dediğimiz düzeneğin çalışmasını izleyenler sonraları bu ışığın o güne kadar gördükleri en parlak ışık yayı olduğunu söylediler.

Tekrar doldurulamadıkları için yapılan bütün bu piller ilkel piller sınıfına giriyordu. 1859 da Fransız fizikçi Gaston Planté şarj olabilen pili icat etti. Bu pillerin çalışma prensipleri bugün hala kullandığımız akülerdeki kurşun/asit sistemi ile aynı idi.
Elektrik üretmede kullanılan üçüncü, ama en önemli olan, metot ise çok sonraları keşfedilen manyetik alan metodu idi. 1820de Fransız bilgin André-Marie Ampère (1775-1836) elektrik taşıyan tellerin bazen birbirlerini çektiğini bazen de ittiğini gördü. 1831 de İngiliz Michael Faraday (1791-1867) bir bakır diskin (bobin) kuvvetli bir manyetik alanın etkisi altında kaldığında nasıl elektrik ürettiğini görsel olarak örnekledi. Farada ve ekibi bobin ve mıknatıs arasında hareketliliğin devam ettiği sürece elektrik üretiminin de kesintisiz olarak devam ettiğini ortaya koydular.

1899 da İsveçli Waldmar Jungner nikel-kadmiyum pili icat etti. 1947 de Neumann pil hücresini (gözesini) tam olarak sızdırmaz bir şekilde izole etmeyi başardı. Bu yenilikler bugün kullandığımız sızdırmaz nikel-kadmiyum pilin doğuşuna öncülük etti. Nikel-metal-hidrit pil sistemleri üzerindeki çalışmalar 1970’lerin ortalarında başladı. Fakat metal-hidrit alaşımlar hücre (göze) ortamlarında dengeli olamıyorlardı. 1980 ortalarında geliştirilen yeni hidrit alaşımları bu dengesizliği azaltarak bileşimin kararlılığını arttırdı. Bütün bu gelişmelerden sonra 1990′ arda nikel-metal-hidrit piller piyasaya çıktı .

İlk lityum piller ise 1970’lerde ortaya çıktı. 1980’lerde bu pillerin şarj edilmesi üzerinde çalışmalar başladı ise de ortaya çıkan güvenlik sorunlarından dolayı vazgeçildi. Lityumun doğasında var olan dengesizlik özellikle şarj sırasında problemler, hatta tehlikeli durumlar, yaratıyordu. Bu yüzden araştırmalar lityum iyonları kullanan ve metal bazlı olmayan pillere kaydı. Aslında iyon bazlı lityumun enerji üretme yeteneği metal bazlı lityumdan düşük olmasına rağmen eğer şarj edilirken gerekli önlemler alındığında daha güvenli idi. 1991 de Sony lityum-iyon pili piyasaya sürdü.

Pilin tarihçesine bakıp ne kadar ilkel bir ortamdan bu günlere geldiğimizi düşünebiliriz. Ama günümüzdeki gelişme hızını göz önüne aldığımızda bizden sonraki nesillerinde bugün bizim modern kabul edip kullandığımız pil teknolojilerini ilkel bulmaları kaçınılmaz olacak gibi görünüyor.