Öncü düşünür - öncesi ve sonrası: Kimyadan elektrik elde etme
Öncü düşünür – öncesi
İtalyan fizikçi Alessandro Volta, ilk çalışan pil olan voltaik pili 1800 yılında Londra'da Kraliyet Derneği'ne tanıttı.
Öncü düşünür – sonrası
Güney Afrika doğumlu kimyager Michael Thackeray, temiz enerjinin kullanımında önemli bir teknoloji olan lityum pillerin geliştirilmesi konusunda öncü bir bilim insanıdır.
18. yüzyılın sonunda Avrupa'da, elektriğin üretilmesi bir gizemdi ve hatta sihirli olduğu düşünülüyordu. Festival sanatçıları, basit elektrostatik jeneratörlerle büyüleyici bir gösteri yaratıyordu.. Ancak elektrik çağını başlatan büyük buluşu yapan Alessandro Volta oldu. Bilim insanı ve mucit, elektriğin uzun bir süre akmasını sağlayan ilk aygıtı geliştirdi.
Volta, küçüklüğünden beri ne istediğini biliyordu. Gençlik zamanında elektriğin temellerini öğrendi. 18 yaşındayken, amcasının ve vasisinin isteklerine karşı deneysel bilim okumaya karar verdi. Bu, onun için doğru olan karardı. Daha sonra, özellikle elektrik bilimi alanında olmak üzere çığır açan çalışmalar gerçekleştirdi. Volta, elektrostatik yükten statik elektrik üreten basit bir cihaz olan kullanışlı bir elektrofor geliştirdi. 1776 yılında Como, İtalya'da yerel bir lisede fizik öğretmenliği yaparken, yanıcı gaz metanı keşfetti ve Volta pistolü olarak bilinen bir cihazı oluşturmak üzere bunu kullandı. Gazlı çakmağın önceki kuşağı olan pistol, metanın yanmasını sağlayan bir elektrik kıvılcımı oluşturuyor. İki yıl sonra Volta, İtalya'da Pavia Üniversitesi'nin deneysel fizik bölümünde profesör olarak görev yapmaya başladı.
Kariyeri, 1787 yılında zirveye ulaştı. Alessandro Volta, çeşitli metalleri bir araya getirdi ve birbirlerine temas ettiklerinde, metallerin farklı açılarda yüklendiğini ve böylece elektrik potansiyelinin oluştuğunu fark etti. Voltaik pili ile ilgili bilgi birikimini uygulamaya koydu (kutuya bakınız).
Volta'nın icadı ilk pratik, kullanılabilir elektrik akımı kaynağıydı. Ampuller, elektrik jeneratörleri ve elektrikli motorlar dahil olmak üzere elektrikle çalışan her şey buna dayanıyor. Yaptığı çalışma, 1802 yılında ilk seri üretim pilin temelini oluşturdu ve Alessandro Volta meşhur oldu. Londra merkezli Kraliyet Derneği, o dönemin bilim alanındaki en büyük onur derecesi olan Copley Madalyasını ile ödüllendirdi. Napolyon da Volta'ya hayranlık duyuyordu ve kendisini bir senatör olarak görevlendirdi. Hatta daha sonra kont olarak ilan etti. Ancak Volta’nın hayatının en büyük onurunu yaşamaya ömrü vefa etmedi. Ölümünden 54 yıl sonra 1881 yılında, Paris'te düzenlenen ilk Uluslararası Elektrik Fuarı'nda elektrik potansiyeli birimine onun adı verildi: Volt.
Pretoria, Güney Afrika'da büyüyen Dr. Michael Thackeray, küçüklüğünden beri bilime ilgi duyuyordu. Cape Town Üniversitesi'nde ikinci yılındayken kristallerin güzelliğini keşfetmesinin ardından kimya kendisinde bir merak uyandırdı. Thackeray, "Bir ışık yandı. Kendimi bu alanda çalışırken görebiliyorum dediğimi hatırlıyorum." diyor.
1973 yılında kimya alanında Yüksek Lisans eğitimini tamamladığında, "karmakarışık piller" konusunda bir kariyer aklının ucundan geçmiyordu. Pretoria'da Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Konseyi'ne (CSIR) katıldığında, Orta Doğu'da petrol krizi ortaya çıktı ve bu kriz neticesinde, yeniden şarj edilebilir pillerin geliştirilmesi konusunda dünya genelinde bir yarış başladı. Thackeray'in CSIR'deki mentörü Johan Coetzer, kristalli gümüş-iyon-iletken katı elektrolitler üzerinde araştırma yapmaya başladı ve bu araştırma, Thackeray'a kristal yapıları ve elektrik enerjisi arasındaki ilişkiyi daha iyi anlamasını sağladı. Yeni yüksek sıcaklıklı sodyum ve lityum pil teknolojileri oluşturma konusunda birlikte çalıştılar.
Thackeray, lityumun sunduğu olasılıklardan fazlasıyla etkilendi ve İngiltere'de Oxford Üniversitesi'nde çalışan ve metal oksitler konusunda dünya genelinde bir otorite olan Profesör John Goodenough'a iş başvurusunda bulundu. 1981 yılında, ailesiyle birlikte Oxford'a taşındı ve spinel oksit elektrotların oda sıcaklığındaki davranışını araştırmaya başladı (kutuya bakınız). Lityum ekleme reaksiyonları üzerindeki araştırması, bugün elektronik cihazlarda ve elektrikli otomobillerde hakim olan yeniden şarj edilebilir teknoloji olan lityum iyon pillerde çeşitli spinel elektrot malzemelerinin kullanılmasını sağladı. Thackeray, 1994 yılından beri Amerika Birleşik Devletleri'nde yer alan kar amacı gütmeyen Argonne National Laboratory'deki ekibin başında yer alıyor.Bu ekip sabit enerji depolamaya yönelik katı halli lityumpolimer
pil materyalleri geliştiriyor ve lityum iyon pillerin performansını ve güvenliğini artıran kompozit elektrot
yapıları tasarlıyor.
67 yaşındaki Thackeray, hala yapı içerisine bir spinel bileşen ekleyerek kompozit elektrotları ilerletme konusunda çalışıyor. "Bu yaklaşım aslında ümit vaat edici gözüküyor. Daha zorlu bir görev olarak, metal oksit yapılardaki oksijenden enerji elde etmenin yolunu arıyoruz." diyor.
Alessandro Volta, metallerin bir elektrik kaynağı olarak kullanılabileceğini keşfetti. Bu bulgu, birbirleri üzerine yerleştirilen ve tuzlu suya batırılmış kartonla birbirinden ayrılan çinko ve bakır disklerden oluşan voltaik pili geliştirmesini sağladı. Bu “galvanik hücre”, çinko disklerin elektronları saçıp elektron fazlalığı ve dolayısıyla negatif biryük oluşturması suretiyle elektrik voltajı üretiyor.
Diğer yandan bakır ise, elektron eksiği ve bunun neticesinde bir pozitif yük oluşturarak çinko elektronlarını absorbe ediyor. Artı ve eksi kutuplar (voltaik pilin her iki ucu) birbirine bağlandığında bir elektrik akımı ortaya çıkıyor. Bugün bile, küçük boydaki işitme cihazı pilleri gibi pek çok pil hala bu prensiple çalışıyor.
Spineller, lityum iyonlarının üç boyutlu olarak hareket edebildiği kübik bir yapıya sahip kristallerdir. Bu yapı, iyonların iki elektrot arasında ileri ve geri gitmesiyle pilin şarj olma ve boşalma sürecini önemli ölçüde hızlandırmaktadır.
Dr. Michael Thackeray, İngiltere'de bulunan Oxford Üniversitesi'nde, lityumun oda sıcaklığında demir oksit ve manganez oksit spinellerin içerisine yerleştirilebileceğini keşfetmiştir ve bu bulgu, ucuz ve daha güvenli elektrotlarla sonuçlanmıştır.
