Cep pillerinin geçmişi, bugünü ve geleceği!

Bir akıllı telefonunuz varsa ve bu yazıyı okumaya başladıysanız, gecelik şarj merasiminden muhtemelen haberdarsınız demektir. Bugünkü en üst model telefonların sadece bazıları, bir günlük kullanımdan fazlasını sunabiliyorlar. Ancak bir gerçek varsa, o da şu anki lityum-iyon teknolojisinin telefonların büyüyen ekran boyutlarının ve güç gereksinimlerinin hızına yetişemediği.

Peki pil teknolojisi neden geri kalıyor, neden hiç ilerlemiyor gibi görünüyor? Telefonunuzu her gece neden şarj etmeniz gerektiğini ve önümüzdeki birkaç sene içinde yaşayabileceğimiz değişiklikleri keşfetmek için piyasanın şu anki durumunu araştırdık. Önce çok kısa, basit bir bilim dersi verelim: Telefonlarımızın içerisindeki lityum-iyon piller tamamen lityum değildir, aksi halde çok daha uzun dayanırlardı. Piller şu üç bileşenden oluşurlar: Elektronları sağlayan elektrolit, onları deşarj eden anot ve elektronları alan katot.

Bugünün tekrar şarj olabilen akıllı telefonlarında lityum, anotta değil elektrolitte bulunur. Bu durum, blokların verimliliğini ve ömrünü azaltmaktadır. Eğer iyi bir lityum anot geliştirilebilirse, piller daha hafif, daha küçük olabilir ve daha hızlı şarj olup, daha uzun ömür sunabilirler. Bugünkü lityum-iyon piller, anot için grafitten faydalanıyor. Bilim adamlarına göreyse anot, giderek sınırına yaklaşıyor. Grafitin yerine geçebilecek maddeler arasında silikon ve lityum var. Bazı araştırma takımlarıysa anot olarak sülfür kullanmanın mümkün olup olmayacağını araştırmaktalar.

Mümkün olanın en iyisini kullanmaktayız

Bununla birlikte her şey, bir maddenin yerine diğerini koymakla çözülecek kadar basit değil. Örneğin bazı maddeler tehlikeliyken bazıları, ancak birkaç yüz kez şarj olabiliyorlar. Bugün kullandığımız lityum-iyon piller ise 2015'in modern biliminin sunabildiğinin en iyisi.

Yetersiz pil ömrünün sadece telefonların derdi olduğunu düşünüyorsanız, tekrar düşünün, çünkü bu sorun, pilli otomobilleri, uçakları ve tekneleri de etkiliyor. Lityum-iyon piller, büyük de olsalar yeterince etkili olamıyorlar. Tabi ki lityum-iyon pillerde kaydedilen başarıları yok sayalım demiyoruz. Bugünkü çok ince ve çok hafif akıllı telefonları lityum-iyon pillerdeki teknolojik sıçramalara borçluyuz. Ancak lityum-iyon piller, yaşlandıklarının işaretini vermeye başladılar.

Pillerin bir sonraki adımını konuşmak zor, çünkü alanının en iyisi bilim adamları bile yaptıkça öğrenir durumdalar: Bu yüzden her sene tüm sorunları çözebilecek bir pil teknolojisinin duyurulmasına, bir sene ardından sözkonusu teknolojinin ortadan yok olmasına şahit oluyoruz. Çoğu durumda yatırımcıların beklentilerini karşılamayan yeni piller, bazen sonu planlanandan farklı çıkan hipotezler üzerine kurulmuş da olabiliyor.

Kısacası piller, elektroniğin muazzam bir karmaşaya sahip alanını temsil etmekteler ve dünyanın en parlak akıllarının tüm çabalarına rağmen yavaş ilerleme kaydetmekteler. Geçtiğimiz sene kadar yakın bir zamanda lityum-iyon pillerin işleme süreci, yeni bir teoriye göz kırptı. Bu, birçok akıllı pil projesinin üretilmesine yol açabilecekti.

Bir sonraki nesil pilin gücünü sağlayacak fizik ve kimyayı keşfetmeye çalışmak, bilimin ince işlerinden bir tanesi. Bu yüzden Kickstarter'da gördüğünüz süper-pil projelerine destek olmadan önce bir kez daha düşünün. İyi olansa bu sorunu çözmeye çalışan bolca insanın olduğu. Çünkü pil sorununun çözülmesi, sadece tüketici cihazlarını değil, ulaşım, yenilenebilir enerji ve pilleri kullandığımız her şeyi ilgilendiriyor.

Bekleyin ama acele etmeyin!

Pil teknolojisi oldukça karmaşık olduğu için, bir anda dünyayı değiştirecek pil projelerinin adeta yoktan var olduğunu görme olasılığınız düşük. Bu alanda yapılan her gelişmenin telefonumuza yaklaşmadan önce sert testlerden ve incelemelerden geçmesi gerekiyor. Güvenli olduğu kanıtlansa bile yeni bir pilin ticari olarak karlı olması şart.

Pil yenilikleri hakkında okuduğunuz doküman ve basın bültenlerinin çoğu, aynı pilden biraz daha fazla güç elde etmek üzere bir tür kimyasal ayarlamadan bahseder. Bu küçük geliştirmeler, esnek telefon ekranları veya yeni akıllı saatler gibi manşetlere yerleşmeseler de, elektronik cihazlarımızın geleceği için daha önemlidirler.

Sorunla ilgilenenlerden biri de Amprius ve firma, Google'ın icra heyeti başkanı Eric Schmidt dahil olmak üzere en üst seviye yatırımcıların ilgisini çekiyor. Stanford Üniversitesi'nde başlayan ve geçen sene 30 milyon fon toplayan firmanın geliştirdiği piller, anotta kullanılan silikon sayesinde bugünkü bloklara göre yüzde 50 daha fazla enerji depolayabiliyorlar.

Amprius'un kurucusu olan Stanford profesörü Dr. Yi Cui'nin adı, pil araştırmaları alanında ün yaptı. Dr. Cui'nin laboratuvarında çalışan araştırmacılardan biri olan Wesley Guangyuan Zheng, bizi bekleyen yenilikler hakkında şunları söylüyor:

"Şu anki pil teknolojisinin fiziksel kısıtlamalarını aşabilmemiz için, teorik değeri daha yüksek olan alternatif pil kimyasallarına göz atmalıyız. Anot için araştırdığımız yeni maddeler arasında silikon ve lityum metal var. Katot için ise sülfürü denemekteyiz. Bu maddeler, enerji yoğunluğunu bugünkü lityum-iyon pillere kıyasla üç ile beş kat arasında artırabilmekteler."

"Bu maddeler, kendi sorunlarına sahipler. Örneğin silikon ve lityum metal, pil döngüsü sırasında hacimsel genişleme yaşayabiliyor ve elektrotun yapısını bozabiliyorlar. Bilim adamları, bu sorun için birçok yenilikçi çözüm ürettiler ve bunların bazılarının küçük hacimde de olsa piyasaya ulaşmakta olduklarını görüyoruz."

University of California'daki çalışmalar

Pillerin gelişiminin pil maddelerinin geliştirilmesindeki buluşlara bağlı olduğunu söyleyen Zheng, pil firmalarının şu anki lityum-iyon pil teknolojisini geliştirmek için de çalıştıklarını söylüyor. Bu yüzden araştırmacıya göre yakında çok daha ucuz ve daha iyi pillerle tanışabiliriz.

Pil geliştirmeleri üzerinde kafa patlatan akademisyenlerin bir bölümü ise University of California, Riverside'da (UCR) çalışmalarını sürdürmekteler. Elektrik Mühendisliği bölümü profesörü Mihri Özkan, laboratuvarlarındaki geliştirmeler sayesinde lityum-iyon pillerde aktif elektrot olarak kullanılabilecek, insan saçından 100 kat daha ince maddeler üretebildiklerini söylüyor. Özkan, çalışmalar sonuca ulaştığında pil ömrünün uzayabileceğini, şarj sürelerinin kısalabileceğini ve pil boyutlarının küçülebileceğini söylüyor.

UCR'nin geçen seneki en ilginç çalışmalarından bir tanesi, kumla pil ömrünü ikiye katlamaktı. Ancak diğer pil teknolojilerini frenleyen şey, bu teknolojinin de önünü kesti: Teknoloji emekleme aşamasındaydı ve çok daha fazla araştırmaya ihtiyacı vardı.

Bir başka pil araştırma firması olan Sakti3, James Dyson'dan aldığı 15 milyon dolarlık yatırımla son döneme gündeme geldi. Bu yeni şirket, pil tarifini henüz detaylı olarak açıklamadı ancak iddialar, pillerin içerisindeki likit kimyasal karışımı, katı haldeki muadiliyle değiştirerek akıllı telefonların pil ömrünü ikiye katladığını söylüyor.

Katı hal teknolojisi, pil patlaması gibi bazı tehlikeleri ortadan kaldırabildiği gibi, daha ince ve daha hafif pillere olanak tanıyor. Sakti3'ün seleflerini geçip tüketici piyasasına girmeyi başarıp başaramayacağını ise zaman gösterecek.

Diğer araştırmalar, bizi bekleyen pil

Singapur'daki Nanyang Technological University'den araştırmacılar da pek meşguller, çünkü anotta grafit yerine titanyum diyoksit jel kullanmayı deniyorlar. Ancak yapılacak geliştirmeler, pilin bir şarjdaki ömrünü belirlemekten çok, kaç kez şarj olabileceğini ve ne kadar sürede şarj olacağını etkileyecek.

Lityum-iyon pillere alternatif olarak geliştirilen birkaç teknoloji de var. Dolayısıyla geleceğin akıllı telefonlarının farklı türdeki bir pil teknolojisini kullanma ihtimali var. Şu an çoğu teknoloji yeterince aşama kat etmediğinden, onlardan sayfalarca bahsetmeye gerek duymadık.

Yakın dönemde fark oluşturabilecek teknolojilerden bir tanesi, lityum-sülfür piller. Bu piller teoride lityum-iyon pillerden çok daha fazla güç depolayabiliyorlar. Burada aşılması gereken problem ise pillerin her şarjda kötüye gitmesine engel olmak.

İşin aslına baktığımızda önümüzdeki bir veya iki sene boyunca telefonlarımızı her gece şarj etmeye devam edeceğimizi görüyoruz. Ancak şunu aklınızda bulundurmayı ihmal etmeyin: Telefonlarımızın pil ömrünü uzatmak üzere dünya çapında birçok bilim adamı çalışıyor ve en önemlisi bunda mesafe kaydediyorlar.