Piller (1) – Pillerin Tarihçesi

 Mehmet Nuri ŞENOCAK, TA/N4MNS
 20 Mayıs 2010

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. Mısır’lıların ise pilleri 4300 yıl önce bakır üzerine antimon kaplamak için pil kullandıkları tahmin ediliyor. Elektrik üretmede kullanıldığı bilinen en eski yöntem ise statik yüklemedir. Bir tahmine göre Bağdat’ı yöneten Pers’ler (MÖ 250) pilleri metallere gümüş kaplama amacı ile kullandılar.

Şekil-1 (İlk pil)

Şekil 1 – Kil bir şişe içine konulmuş bakır bir boru ve ortasında demir bir çubuk. Şişe sirke ile doldurulduğunda yaklaşık 1,1 Voltluk doğru gerilim üretmektedir.  (Yaklaşık MÖ 250 ile MS 640 arası).

“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 uzak mesafeler arasında haberleşme amacı ile (tabi ki yalnızca bir işaret iletebilen) kullanmayı düşündü. Düşüncesine göre İtalya’nın 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 bir zaman gerçeğe dönüştürülmedi.

 

Şekil 2: Volta ve pili 1800 de Alessandro Volta ilk modern pili icat etti. Volta bu buluşu ile metallerin kimyasal bileşimlerle temas ettiklerinde elektrik ürettiklerini ortaya koydu.

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.

Şekil 3: Volta Fransa Ulusal Enstitüsünde Napolyon Bonapart’ın da bulunduğu bir topluluğa deneylerini gösterirken.

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.

Pilin Tarihçesi
1600 Gilbert (İngiltere) Elektrokimya biliminin temelleri atıldı
1791 Galvani (İtalya) “Hayvansal elektrik” bulundu
1800 Volta (İtalya) Volta hücresini buldu
1802 Cruikshank (İngiltere) Seri üretilebilen ilk pil
1820 Ampere (Fransa) Manyetik alan ile elektrik üretimi
1833 Faraday (İngiltere) Faraday kanunları
1836 Daniel (İngiltere) Daniel hücresi bulundu
1839 Grove (İngiltere) Yakıt hücresinin bulunuşu (H2/O2)
1859 Plante (Fransa) Kurşun/Asit pilin bulunuşu
1868 Leclanche (Fransa) Leclanche hücresinin bulunuşu
1888 Gassner (ABD) Kuru pilin evriminin tamamlanması
1899 Jungner (İsveç) Nikel-Kadmiyum pilin bulunuşu
1901 Edison (ABD) Nikel-Demir pilin bulunuşu
1932 Schlecht ve Ackermann (Almanya) Sinterlenmiş (külçelenmiş) kutup’un bulunuşu
1947 Neumann (Fransa) Nikel-Kadmiyum pilin sızdırmaz hale getirildi
1960’lar Union Carbide (ABD) Alkalin pil geliştirildi
1970’ler Valf kontrollü Kurşun/Asit pil geliştirildi
1990 Ni-MH piller piyasaya çıktı
1991 Sony (Japonya) Li-Ion piller piyasaya çıktı

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. Faraday 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 bizin modern kabul edip kullandığımız pil teknolojilerini ilkel bulmaları kaçınılmaz olacak gibi görünüyor.

Kaynak:
Isidor Buchmann, Cadex Electronics Inc., Vancouver BC., yönetim kurulu başkanı.

 

Yazı hakkında görüşlerinizi belirtmek istermisiniz?