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지식

배터리는 언제 발명되었습니까?

배터리는 언제 발명되었습니까?

배터리 대학

지난 400년 동안 가장 놀랍고 새로운 발견 중 하나는 전기였습니다. 우리는 "전기가 그렇게 오래 되었습니까?"라고 물을 수 있습니다. 대답은 예이며 아마도 훨씬 더 오래되었지만 실제 사용은 1800년대 중후반 이후로 처음에는 제한된 방식으로만 가능했습니다. 주목을 받은 최초의 공공 작품 중 하나는 1893년 시카고 세계 컬럼비아 박람회를 250,000개의 전구로 밝히고 1900년 파리 세계 박람회 기간 동안 센 강 다리를 조명한 것입니다.
전기 사용은 더 멀리 돌아갈 수 있습니다. 1936년 바그다드 근처에서 철도를 건설하는 동안 노동자들은 파르티아 포대라고도 알려진 선사 시대 포대처럼 보이는 것을 발견했습니다. 이 물체는 파르티아 시대로 거슬러 올라가며 2,000년 전으로 추정됩니다. 배터리는 구리 실린더로 둘러싸인 쇠 막대가 삽입된 식초 용액으로 채워진 점토 항아리로 구성되었습니다. 이 장치는 1.1~2.0볼트의 전기를 생산했습니다. 그림 1은 파르티아 배터리를 보여줍니다.

배터리는 언제 발명되었습니까? - 지식 - 1

그림 1: 파르티아 배터리. 선사 시대 배터리의 진흙 항아리에는 구리 실린더로 둘러싸인 쇠 막대가 들어 있습니다. 식초나 전해액을 채웠을 때 병은 1.1~2볼트를 생성합니다.
모든 과학자들이 파르티아 포대를 에너지원으로 받아들이는 것은 아닙니다. 이 장치는 표면에 금 또는 기타 귀금속 층을 추가하는 것과 같은 전기 도금에 사용되었을 수 있습니다. 이집트인들은 4,300년 전에 구리에 안티몬을 전기도금했다고 합니다. 고고학적 증거에 따르면 바빌로니아인은 금도금 석기에 포도즙을 기반으로 한 전해질을 사용하여 보석 제조에 갈바니 기술을 최초로 발견하고 사용했습니다. 바그다드를 통치한 파르티아인(기원전 250년경)은 배터리를 사용하여 은을 전기도금했을 수 있습니다.
현대에 전기를 생산하는 최초의 방법 중 하나는 정전기를 생성하는 것이었습니다. 1660년 Otto von Guericke는 문지르고 돌리면 깃털과 작은 종이 조각을 끌어당기는 커다란 유황 구체를 사용하여 전기 기계를 만들었습니다. Guericke는 생성된 스파크가 본질적으로 전기적임을 증명할 수 있었습니다.
정전기의 첫 번째 실제 사용은 Alessandro Volta(1745-1827)가 발명한 "전기 권총"이었습니다. 그는 단 하나의 부울 비트에도 불구하고 장거리 통신을 제공하는 것을 생각했습니다. 나무 기둥으로 지탱되는 철선은 코모에서 이탈리아 밀라노까지 연결되어야 했습니다. 수신 측에서 와이어는 메탄 가스로 채워진 항아리에서 종료됩니다. 코드화된 이벤트를 알리기 위해 전기 권총을 폭발시킬 목적으로 전기 스파크가 유선으로 전송됩니다. 이 통신 링크는 구축된 적이 없습니다. 그림 1-2는 Alessandro Volta의 연필 렌더링을 보여줍니다.

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그림 2: 전기 배터리의 발명가인 Alessandro Volta
전류에 의한 물의 분해에 대한 볼타의 발견은 전기화학의 기초를 마련했습니다.
Cadex의 의례

1791년 볼로냐 대학에서 일하던 루이지 갈바니는 개구리의 근육이 금속 물체를 만지면 수축한다는 것을 발견했습니다. 이 현상은 동물 전기로 알려지게 되었습니다. 이러한 실험에 힘입어 Volta는 아연, 납, 주석 및 철을 양극판(음극)으로 사용하여 일련의 실험을 시작했습니다. 및 음극판(양극)으로서 구리, 은, 금 및 흑연. 갈바니 전기에 대한 관심은 곧 널리 퍼졌습니다.
초기 배터리
Volta는 1800년에 특정 유체가 전도체로 사용될 때 지속적인 전력 흐름을 생성한다는 것을 발견했습니다. 이 발견은 배터리로 더 일반적으로 알려진 최초의 볼타 전지의 발명으로 이어졌습니다. Volta는 볼타 전지가 서로의 위에 쌓일 때 전압이 증가한다는 것을 더 발견했습니다. 그림 3은 이러한 직렬 연결을 보여줍니다.

배터리는 언제 발명되었습니까? - 지식 - 3

그림 1-3: 네 가지 변형
볼타의 전기 배터리
배터리의 금속은 다른 전기적 효과를 갖습니다. Volta는 서로 다른 물질의 전위가 서로 떨어져 있을수록 더 강해지는 것을 알아차렸습니다.
아래 나열된 금속의 첫 번째 숫자는 전자를 끌어당기는 친화력입니다. 두 번째는 첫 번째 산화 상태의 표준 전위입니다.
아연 = 1.6 / -0.76V
리드 = 1.9 / -0.13V
주석 = 1.8 / -1.07V
철 = 1.8 / -0.04V
구리 = 1.9 / 0.159V
은색 = 1.9 / 1.98V
금 = 2.4 / 1.83V
탄소 = 2.5 / 0.13V
금속은 배터리 전압을 결정합니다. 그들은 바닷물에 적신 축축한 종이로 분리되었습니다.
Cadex의 의례
같은 해에 Volta는 지속적인 전기 공급원의 발견을 런던 왕립 학회에 발표했습니다. 더 이상 1초 미만 동안 지속되는 스파크의 짧은 표시로 실험이 제한되지 않았습니다. 끝없는 전류의 흐름이 이제 가능해 보였습니다.
프랑스는 볼타의 발견을 공식적으로 인정한 최초의 국가 중 하나였습니다. 이는 프랑스가 과학적 발전의 정점에 도달하고 새로운 아이디어를 열린 마음으로 환영하여 국가의 정치적 의제를 지원하는 데 도움이 되는 시기였습니다. 초청에 의해 Volta는 Napoleon Bonaparte가 연구소의 회원으로 참석한 일련의 강의에서 프랑스 연구소에 연설했습니다(그림 4 참조).

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그림 4: 프랑스 연구소에서 Volta의 실험
볼타의 발견은 세계에 깊은 인상을 주어 1800년 11월 프랑스 국립 연구소에서 나폴레옹 보나파르트가 참여한 행사에 그를 초청했습니다. 나폴레옹은 전지에서 불꽃을 끌어내고, 철선을 녹이고, 전기 권총을 발사하고, 물을 원소로 분해하는 실험을 도왔습니다.
Cadex의 의례
1800년에 광부의 안전 램프를 발명한 Humphry Davy 경은 전기의 화학적 효과를 시험하기 시작했고 물질에 전류가 흐를 때 분해가 일어난다는 것을 발견했습니다. 이 과정은 나중에 전기분해라고 불렸습니다. 그는 런던 왕립 연구소의 금고에 세계에서 가장 크고 강력한 전기 배터리를 설치하여 새로운 발견을 했습니다. 배터리를 목탄 전극에 연결하여 최초의 전등을 생산했습니다. 증인들은 그의 볼타 아크 램프가 “지금까지 본 것 중 가장 찬란한 상승 아치”를 만들었다고 보고했습니다.
1802년 William Cruickshank는 대량 생산을 위한 최초의 전기 배터리를 설계했습니다. Cruickshank는 동일한 크기의 아연 시트와 함께 정사각형 구리 시트를 배열했습니다. 이 시트를 긴 직사각형 나무 상자에 넣고 함께 납땜했습니다. 상자의 홈은 금속판을 제자리에 고정시켰고, 그런 다음 밀봉된 상자를 염수 전해질 또는 물을 뺀 산으로 채웠습니다. 이것은 오늘날에도 우리와 함께 하는 침수된 배터리와 비슷했습니다. 그림 5는 Cruickshank의 배터리 작업장을 보여줍니다.

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그림 5: Cruickshank와 첫 번째 침수 배터리. 영국의 화학자 William Cruickshank는 전해질 용액으로 채워진 나무 상자에 아연과 구리판을 결합하여 전기 전지 배터리를 만들었습니다. 이 범람된 디자인은 사용하면서 마르지 않는다는 장점이 있었고 Volta의 디스크 배열보다 더 많은 에너지를 제공했습니다.
Cadex의 의례
이차 전지의 발명
1836년 영국의 화학자 John F. Daniell은 이전 장치보다 안정적인 전류를 생성하는 향상된 배터리를 개발했습니다. 이때까지는 모든 배터리가 1차 전지여서 재충전이 불가능했습니다. 1859년 프랑스 물리학자 Gaston Planté가 최초의 충전식 배터리를 발명했습니다. 그것은 오늘날에도 여전히 사용되는 시스템인 납산을 기반으로 했습니다.
1899년 스웨덴의 Waldemar Jungner는 양극(음극)에 니켈을, 음극(음극)에 카드뮴을 사용하는 니켈-카드뮴 배터리(NiCd)를 발명했습니다. 납산에 비해 높은 재료 비용으로 인해 사용이 제한되었고 2년 후 Thomas Edison은 카드뮴을 철로 대체하여 대체 설계를 만들었습니다. 낮은 비에너지, 낮은 온도에서의 열악한 성능, 높은 자체 방전은 니켈-철 배터리의 성공을 제한했습니다. 1932년이 되어서야 Schlecht와 Ackermann이 소결된 극판을 발명하여 더 높은 부하 전류를 달성하고 NiCd의 수명을 개선했습니다. 1947년 Georg Neumann이 세포 밀봉에 성공했습니다.
수년 동안 NiCd는 휴대용 애플리케이션을 위한 유일한 충전식 배터리였습니다. 1990년대에 유럽의 환경 운동가들은 NiCd가 부주의하게 폐기될 경우 환경 오염에 대해 우려하게 되었습니다. 그들은 이 화학 물질을 제한하기 시작했고 소비자 산업에 환경 친화적인 배터리인 NiMH(Nickel-metal-hydride)로 전환하도록 요청했습니다. NiMH는 NiCd와 유사하며 많은 사람들은 NiMH가 더 오래 지속되는 리튬 이온(Li-ion)으로 가는 디딤돌이 될 것이라고 예측합니다.
오늘날 대부분의 연구 활동은 리튬 기반 시스템 개선을 중심으로 이루어집니다. 휴대폰, 노트북, 디지털 카메라, 전동 공구 및 의료 기기에 전원을 공급하는 것 외에도 리튬 이온은 전기 자동차에도 사용됩니다. 배터리는 높은 비에너지, 간단한 충전, 낮은 유지 보수 및 환경 친화적인 등 여러 가지 이점이 있습니다.
자기를 통한 전기
자기를 통해 전기를 생성하는 방법의 발견은 비교적 늦게 이루어졌습니다. 1820년 André-Marie Ampère(1775-1836)는 전류를 전달하는 전선이 서로 끌릴 때도 있고 밀어낼 때도 있음을 발견했습니다. 1831년에 Michael Faraday(1791-1867)는 구리 디스크가 강한 자기장에서 회전하면서 일정한 전기 흐름을 제공하는 방법을 보여주었습니다. Faraday는 Davy와 그의 연구팀을 지원하여 코일과 자석 사이의 움직임이 계속되는 한 끝없는 전기력을 생성하는 데 성공했습니다. 이것은 발전기의 발명으로 이어졌고 그 과정을 역전시켜 전기 모터를 가능하게 했습니다. 그 후 얼마 지나지 않아 교류(AC)를 원하는 전압으로 변환하는 변압기가 개발되었습니다. 1833년에 패러데이는 패러데이 법칙의 기초가 되는 전기화학의 기초를 확립했습니다. 패러데이의 유도 법칙은 변압기, 인덕터, 다양한 유형의 전기 모터 및 발전기에 연결된 전자기와 관련이 있습니다.
자기와의 관계가 이해되면 대형 발전기가 일정한 전기 흐름을 생성하기 시작했습니다. 기계적인 움직임을 가능하게 하는 모터가 뒤따랐고, 에디슨 전구는 어둠을 정복하는 것처럼 보였다. 조지 웨스팅하우스(George Westinghouse)가 1893년 시카고의 세계 콜롬비아 박람회(World Columbian Exposition)를 밝힌 후, 웨스팅하우스는 나이아가라 폭포의 에너지를 전기로 변환하기 위해 3개의 대형 발전기를 건설했습니다. Nikola Tesla가 개발한 3상 AC 기술을 통해 송전선로에서 전력을 먼 거리까지 전달할 수 있었습니다. 따라서 전기는 삶의 질을 향상시키기 위해 인류가 널리 사용할 수 있게 되었습니다.

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그림 6: 1893년 시카고의 세계 콜롬비아 박람회를 밝히는 250,000개의 전구.
전등의 성공으로 나이아가라 폭포에 3개의 대형 수력 발전기가 건설되었습니다.
브루클린 박물관 기록 보관소 제공. 굿이어 아카이브 컬렉션
1900년대 초 전자 진공관의 발명은 주파수 발진기, 신호 증폭 및 디지털 스위칭을 가능하게 하는 첨단 기술을 향한 중요한 다음 단계를 형성했습니다. 1920년대에는 라디오 방송이, 1946년에는 ENIAC이라는 최초의 디지털 컴퓨터가 탄생했습니다. 1947년 트랜지스터의 발견은 10년 후 집적회로의 도래를 위한 길을 열었고, 마이크로프로세서는 정보화 시대를 열었습니다. 우리가 생활하고 일하는 방식을 영원히 변화시킵니다.
인류는 전기에 의존하고 있으며 이동성이 증가함에 따라 사람들은 바퀴가 달린 응용 프로그램, 그 다음 휴대성, 마지막으로 웨어러블 사용을 위해 점점 더 휴대용 전원에 끌렸습니다. 초기 배터리가 어색하고 신뢰할 수 없었지만 미래 세대는 오늘날의 기술을 서투른 실험에 불과한 것으로 볼 수 있습니다.

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