Знання

Коли була винайдена батарея?

Коли була винайдена батарея?

Акумуляторний університет

Одним із найвидатніших і найновіших відкриттів за останні 400 років стала електрика. Ми могли б запитати: «Чи давно існує електрика?» Відповідь - так, і, можливо, набагато довше, але його практичне використання було в нашому розпорядженні лише з середини до кінця 1800-х років, і спочатку в обмеженому вигляді. Однією з перших громадських робіт, що привернули увагу, було освітлення Всесвітньої виставки Колумбії в Чикаго 250 000 лампочок, а також освітлення мосту через річку Сена під час Всесвітньої виставки 1900 року в Парижі.
Використання електроенергії може повернутися назад. Під час будівництва залізниці в 1936 році поблизу Багдада робітники виявили те, що, здавалося, було доісторичною батарею, також відому як Парфянська батарея. Об'єкт датується парфянським періодом і, як вважають, йому 2000 років. Акумулятор складався з глиняного глека, наповненого розчином оцту, в який був вставлений залізний стрижень, оточений мідним циліндром. Цей пристрій виробляв від 1,1 до 2,0 вольт електроенергії. Малюнок 1 ілюструє Парфянську батарею.

Новини заводу акумуляторів okacc, коли було винайдено акумулятор

Малюнок 1: Парфянська батарея. Глиняний глек доісторичної батареї містить залізний стрижень, оточений мідним циліндром. При наповненні оцтом або електролітичним розчином банка виробляє від 1,1 до 2 вольт.
Не всі вчені сприймають Парфянську батарею як джерело енергії. Можливо, пристрій використовувався для гальванопластики, наприклад для додавання шару золота або інших дорогоцінних металів на поверхню. Кажуть, що єгиптяни наносили гальванічне покриття сурми на мідь понад 4300 років тому. Археологічні дані свідчать про те, що вавилоняни були першими, хто виявив і застосував гальванічну техніку у виготовленні ювелірних виробів, використовуючи електроліт на основі виноградного соку для золотих керамічних виробів. Парфяни, які правили Багдадом (бл. 250 р. до н. е.), можливо, використовували батареї для гальванічного покриття срібла.
Одним із найперших методів виробництва електроенергії в наш час було створення статичного заряду. У 1660 році Отто фон Геріке сконструював електричну машину, використовуючи велику сірчану кулю, яка при терті та обертанні притягувала пір’я та маленькі шматочки паперу. Геріке зміг довести, що генеровані іскри мають електричний характер.
Першим практичним використанням статичної електрики був «електричний пістолет», який винайшов Алессандро Вольта (1745–1827). Він думав про забезпечення міжміського зв'язку, хоч і лише з одним логічним бітом. Залізний дріт, підтримуваний дерев’яними стовпами, мав бути протягнутий від Комо до Мілана, Італія. На приймальному кінці дріт закінчувався баночкою, наповненою метаном. Щоб сигналізувати про закодовану подію, електрична іскра надсилається по дроту з метою детонації електричного пістолета. Цей зв'язок так і не був побудований. На малюнку 1-2 зображено зображення Алессандро Вольта олівцем.

lifepo4 акумулятор, коли був винайдений акумулятор okacc

Малюнок 2: Алессандро Вольта, винахідник електричної батареї
Відкриття Вольтою розкладання води електричним струмом заклало основу електрохімії.
Надано Cadex

У 1791 році, працюючи в Болонському університеті, Луїджі Гальвані виявив, що м’яз жаби скорочується при дотику до нього металевим предметом. Це явище отримало назву тваринної електрики. Спонуканий цими експериментами, Вольта розпочав серію експериментів з використанням цинку, свинцю, олова та заліза як позитивних пластин (катодів); і мідь, срібло, золото і графіт як негативні пластини (анод). Інтерес до гальванічної електрики незабаром став масовим.
Ранні батареї
У 1800 році Вольта виявив, що певні рідини генерують безперервний потік електричної енергії, якщо їх використовувати як провідники. Це відкриття призвело до винаходу першого електричного елемента, більш відомого як акумулятор. Крім того, Вольта виявив, що напруга буде зростати, коли вольтові елементи будуть накладені одна на одну. Рисунок 3 ілюструє таке послідовне з'єднання.

полімерна літієва батарея, коли була винайдена батарея okacc

Рисунок 1-3: Чотири варіанти
електричної батареї Volta
Метали в батареї мають різні електричні ефекти. Вольта помітив, що потенціал напруги з різнорідними речовинами тим сильніший, чим далі вони одна від одної.
Перше число в перелічених нижче металах - це спорідненість до притягування електронів; другий — стандартний потенціал від першого ступеня окиснення.
Цинк = 1,6 / -0,76 В
Свинець = 1,9 / -0,13 В
Олово = 1,8 / -1,07 В
Залізо = 1,8 / -0,04 В
Мідь = 1,9 / 0,159 В
Срібло = 1,9 / 1,98 В
Золото = 2,4 / 1,83 В
Вуглець = 2,5 / 0,13 В
Метали визначають напругу акумулятора; їх відокремлювали вологим папером, змоченим у солоній воді.
Надано Cadex
У тому ж році Вольта оприлюднив Лондонське королівське товариство про своє відкриття постійного джерела електрики. Експерименти більше не обмежувалися коротким показом іскор, які тривали частки секунди. Нескінченний потік електричного струму тепер здавався можливим.
Франція була однією з перших країн, яка офіційно визнала відкриття Вольти. Це було в той час, коли Франція наближалася до вершини наукового прогресу, і нові ідеї сприймалися з розпростертими обіймами, допомагаючи підтримувати політичний порядок денний країни. На запрошення Вольта виступив перед Інститутом Франції в серії лекцій, на яких був присутній Наполеон Бонапарт як член інституту (див. рис. 4).

акумулятор електровелосипеда, коли був винайдений акумулятор okacc

Рисунок 4: Експерименти Вольти в Інституті Франції
Відкриття Вольти настільки вразили світ, що в листопаді 1800 року Французький національний інститут запросив його читати лекції на заходах, в яких брав участь Наполеон Бонапарт. Наполеон допомагав у дослідах, витягуючи іскри з батареї, розплавляючи сталевий дріт, розряджаючи електричний пістолет і розкладаючи воду на елементи.
Надано Cadex
У 1800 році сер Гемфрі Деві, винахідник шахтарської безпечної лампи, почав перевіряти хімічні ефекти електрики і виявив, що розкладання відбувається під час проходження електричного струму через речовини. Пізніше цей процес назвали електролізом. Він зробив нові відкриття, встановивши найбільшу і найпотужнішу в світі електричну батарею в сховищах Лондонського королівського інституту. Підключення батареї до вугільних електродів дало перше електричне світло. Свідки повідомили, що його лампа з електричною дугою виробляла «найяскравішу висхідну арку світла, яку коли-небудь бачили».
У 1802 році Вільям Круікшенк розробив першу електричну батарею для масового виробництва. Cruickshank скомпонував квадратні листи міді з листами цинку однакового розміру. Ці аркуші поміщали в довгий прямокутний дерев’яний ящик і споювали разом. Пази в коробці утримували металеві пластини на місці, а потім герметичну коробку заповнювали електролітом розсолу або розведеною кислотою. Це нагадувало затоплену батарею, яка досі з нами. Малюнок 5 ілюструє акумуляторну майстерню Cruickshank.

Акумулятор 18650, коли був винайдений акумулятор okacc

Рисунок 5: Cruickshank і перша затоплена батарея. Вільям Круікшенк, англійський хімік, побудував батарею електричних елементів, з’єднавши цинкову та мідну пластини в дерев’яному ящику, наповненому розчином електроліту. Ця заливна конструкція мала перевагу в тому, що не висихала під час використання, і забезпечувала більше енергії, ніж дискове розташування Volta.
Надано Cadex
Винахід акумуляторної батареї
У 1836 році Джон Ф. Деніел, англійський хімік, розробив вдосконалену батарею, яка виробляла стабільніший струм, ніж попередні пристрої. До цього часу всі батареї були первинними, тобто їх не можна було заряджати. У 1859 році французький фізик Гастон Планте винайшов першу акумуляторну батарею. В її основі була свинцева кислота, система, яка використовується й сьогодні.
У 1899 році Вальдемар Юнгнер зі Швеції винайшов нікель-кадмієву батарею (NiCd), яка використовувала нікель для позитивного електрода (катода) і кадмію для негативного (анода). Високі витрати на матеріали порівняно зі свинцевою кислотою обмежили її використання, і через два роки Томас Едісон створив альтернативну конструкцію, замінивши кадмій залізом. Низька питома енергія, погана продуктивність при низькій температурі та високий саморозряд обмежили успіх нікель-залізної батареї. Лише в 1932 році Шлехт і Акерман досягли вищих струмів навантаження та покращили довговічність NiCd, винайшовши спечену полюсну пластину. У 1947 році Георгу Нойману вдалося запечатати камеру.
Протягом багатьох років нікель-кадмієвий акумулятор був єдиним портативним акумулятором. У 1990-х роках екологи в Європі занепокоїлися забрудненням навколишнього середовища в разі недбалої утилізації NiCd; вони почали обмежувати цю хімію та попросили споживчу промисловість перейти на нікель-метал-гідрид (NiMH), екологічно чистішу батарею. NiMH схожий на NiCd, і багато хто прогнозує, що NiMH стане сходинкою до більш довговічного літій-іонного (Li-ion).
Більшість дослідницької діяльності сьогодні зосереджено навколо вдосконалення систем на основі літію. Окрім живлення стільникових телефонів, ноутбуків, цифрових фотоапаратів, електроінструментів і медичних пристроїв, Li-ion також використовується для електромобілів. Акумулятор має низку переваг, зокрема його високу питому енергію, просте заряджання, низькі витрати на обслуговування та безпечність для навколишнього середовища.
Електрика через магнетизм
Відкриття того, як генерувати електрику за допомогою магнетизму, з’явилося відносно пізно. У 1820 році Андре-Марі Ампер (1775–1836) помітив, що дроти, по яких тече електричний струм, іноді притягуються, а іноді відштовхуються один від одного. У 1831 році Майкл Фарадей (1791–1867) продемонстрував, як мідний диск забезпечував постійний потік електрики, обертаючись у сильному магнітному полі. Фарадей, допомагаючи Деві та його дослідницькій групі, зумів генерувати нескінченну електричну силу, доки тривав рух між котушкою та магнітом. Це призвело до винаходу електричного генератора, а реверсування процесу дозволило створити електродвигун. Незабаром після цього були розроблені трансформатори, які перетворювали змінний струм (AC) на будь-яку бажану напругу. У 1833 році Фарадей заклав основу електрохімії, на якій базується закон Фарадея. Закон індукції Фарадея стосується електромагнетизму, пов’язаного з трансформаторами, котушками індуктивності та багатьма типами електродвигунів і генераторів.
Коли зв’язок із магнетизмом був зрозумілий, великі генератори почали виробляти постійний потік електроенергії. Слідом за ними з’явилися двигуни, які забезпечили механічний рух, і, здавалося, лампочка Едісона перемогла темряву. Після того, як у 1893 році Джордж Вестінгауз освітлив Всесвітню колумбійську виставку в Чикаго, Westinghouse побудував три великі генератори для перетворення енергії Ніагарського водоспаду в електрику. Технологія трифазного змінного струму, розроблена Ніколою Теслою, дозволила лініям електропередач передавати електроенергію на великі відстані. Таким чином, електрика стала широко доступною для людства, щоб покращити якість життя.

літієвий акумулятор, коли був винайдений акумулятор okacc

Малюнок 6: 250 000 лампочок освітлюють Всесвітню колумбійську виставку в Чикаго в 1893 році.
Успіх електричного світла привів до будівництва трьох великих гідрогенераторів на Ніагарському водоспаді.
Надано Архівом Бруклінського музею. Архівна колекція Goodyear
Винахід електронної вакуумної лампи на початку 1900-х років став значним наступним кроком у напрямку високих технологій, уможлививши частотні осцилятори, посилення сигналу та цифрову комутацію. Це призвело до радіомовлення у 1920-х роках і першого цифрового комп’ютера під назвою ENIAC у 1946 році. Відкриття транзистора в 1947 році проклало шлях до появи інтегральної схеми через 10 років, а мікропроцесор відкрив інформаційну еру, назавжди змінивши спосіб нашого життя та роботи.
Людство залежить від електроенергії, і з ростом мобільності люди все більше і більше тяжіють до портативного джерела живлення — спочатку для колісних пристроїв, потім портативності і, нарешті, носіння. Якими б незграбними та ненадійними не були перші батареї, майбутні покоління можуть дивитися на сучасні технології як на невмілі експерименти.

Попередня:

далі:

Залиште відповідь


Залишити повідомлення

Залишити повідомлення