Pilin tarihi: kurbağa bacağından cebindeki lityuma
Telefonunun pili, iki yüzyıllık bir tartışmanın sonucu. Başlangıcı bir kurbağa bacağı ve iki bilim insanının birbirini yanlış anlaması; sonu 2019'da verilen bir Nobel ödülü. Arada, bugün hâlâ arabanın altında duran bir icat ve neredeyse rafa kalkmış bir kimya var.
1780: Kurbağa bacağı ve bir yanlış teşhis
Bolognalı anatomist Luigi Galvani, ölü bir kurbağanın bacağının metal bir aletle dokunulduğunda seğirdiğini fark etti. Bundan şu sonucu çıkardı: canlı dokuda kendine ait bir elektrik var. Buna hayvansal elektrik dedi.
Pavialı fizikçi Alessandro Volta ikna olmadı. Ona göre elektriği üreten kurbağa değildi; seğirmeyi yaratan şey, birbirine değen iki farklı metaldi ve kurbağa yalnızca ıslak bir iletken görevi görüyordu.
Volta haklıydı — ve haklı olduğunu kanıtlamak için kurbağayı denklemden çıkardı.
1800: Volta pili — ilk gerçek pil
Volta, çinko ve bakır diskleri üst üste dizdi, aralarına tuzlu suya batırılmış karton koydu. Bu yığın kesintisiz akım üretti. Tarihteki ilk pil buydu ve adı bugün hâlâ üstünde: volt.
Volta pilinin sorunu şuydu: akımı hızla düşüyordu ve şarj edilemiyordu. Bir kere biten pil, bitmiş pildi.
1836–1866: Kullanılabilir hâle geliyor
| Yıl | Kim | Ne |
|---|---|---|
| 1836 | John Frederic Daniell | Daniell hücresi — kararlı, uzun süreli akım. Telgraf ağlarını besledi. |
| 1859 | Gaston Planté | Kurşun-asit: ilk şarj edilebilir pil. |
| 1866 | Georges Leclanché | Leclanché hücresi — bugünkü çinko-karbon kalem pillerin atası. |
Planté'nin icadı özellikle dikkate değer: 1859'da bulunan kurşun-asit pil, bugün hâlâ arabanın kaputunun altında duruyor. 165 yıl sonra hâlâ üretimde olan çok az teknoloji var. Sebebi basit — ucuz, güvenilir ve yüksek akım verebiliyor. Ağır olması araba için sorun değil, telefon için imkânsız.
1899: Nikel çağı
İsveçli Waldemar Jungner nikel-kadmiyum pili geliştirdi. Kurşun-asitten hafifti ve daha çok döngü dayanıyordu. Thomas Edison kısa süre sonra nikel-demir pili üretti; elektrikli otomobiller için tasarlamıştı — evet, elektrikli otomobil fikri o kadar eski.
Ni-Cd yirminci yüzyılın taşınabilir cihazlarını çalıştırdı ama iki kusuru vardı: kadmiyum ağır metal ve zehirli, bir de hafıza etkisi denen sorun — pil tam boşalmadan şarj edilirse kapasitesini "unutuyor" gibi davranıyordu.
1970'ler: Petrol krizi lityumu masaya getiriyor
1973 petrol krizinden sonra enerji depolama araştırmalarına ilgi arttı. Lityum çekiciydi çünkü metaller içinde en hafifi ve elektrokimyasal potansiyeli en yüksek olanı. Aynı ağırlıkta çok daha fazla enerji demek.
M. Stanley Whittingham, Exxon'da çalışırken 1976'da titanyum disülfür katot ve lityum metal anot kullanan bir hücre yaptı. Çalışıyordu — ama tehlikeliydi. Lityum metal şarj sırasında dendrit denen iğne benzeri yapılar büyütüyor; bunlar hücrenin iki kutbunu birleştirince kısa devre ve yangın çıkıyordu.
1980: Goodenough katodu değiştiriyor
Oxford'da çalışan John B. Goodenough, katot malzemesini lityum kobalt oksit ile değiştirdi. Bu, hücre voltajını yaklaşık iki katına çıkardı — enerji yoğunluğunda büyük sıçrama.
Ama anot hâlâ lityum metaldi, yani yangın riski duruyordu.
1985: Yoshino anodu değiştiriyor ve pil güvenli hâle geliyor
Japon kimyager Akira Yoshino, lityum metal yerine karbon esaslı bir anot kullandı. Lityum artık metal hâlinde değil, iyon olarak iki elektrot arasında gidip geliyordu.
İşte "lityum-iyon" adı buradan geliyor ve bu ayrım hayati: dendrit sorunu büyük ölçüde ortadan kalktı, pil ticari olarak satılabilir hâle geldi.
1991'de Sony ilk ticari lityum-iyon pili piyasaya sürdü. Kameralar, dizüstü bilgisayarlar ve nihayetinde cep telefonları bu hücre sayesinde bugünkü hâlini aldı.
2019: Nobel
Nobel Kimya Ödülü 2019'da bu üç isme birlikte verildi: Whittingham, Goodenough ve Yoshino. Komitenin gerekçesi, lityum-iyon pilin "fosil yakıtsız bir toplumun temelini attığı" yönündeydi.
Ödülü aldığında Goodenough 97 yaşındaydı ve Nobel tarihinin en yaşlı ödül sahibi oldu.
Peki neden hâlâ pilim bitiyor?
Çünkü iki yüzyılda enerji yoğunluğu arttı ama fizik değişmedi. Lityum-iyon hücre her şarj döngüsünde bir miktar geri dönüşsüz değişim yaşıyor: elektrot yüzeyinde katman kalınlaşıyor, aktif lityumun bir kısmı kullanılamaz hâle geliyor. Bu yüzden pil ilk günkü kapasitesini korumuyor.
İçeride tam olarak ne olduğunu pil neden yaşlanır yazısında anlattım. Kimyaların birbirinden farkını merak ediyorsan telefon pil teknolojileri yazısına bak.
Kendi telefonunun bu iki yüzyıllık teknolojiden bugün ne kadarını koruduğunu görmek istersen: Battery Health Tracker cihazın kendi sistem kaydındaki kapasiteyi ve döngü sayısını okuyor — tahmin değil, üreticinin kendi verisi.