Wanneer is die battery uitgevind?

Wanneer is die battery uitgevind?

Battery Universiteit

Een van die merkwaardigste en mees nuwe ontdekkings in die afgelope 400 jaar was elektrisiteit. Ons kan vra: "Bestaan elektrisiteit al so lank?" Die antwoord is ja, en dalk baie langer, maar die praktiese gebruik daarvan was eers sedert die middel tot laat 1800's tot ons beskikking, en aanvanklik op 'n beperkte manier. Een van die vroegste openbare werke wat aandag gekry het, was om die 1893 Chicago se Wêreld-Columbië-uitstalling met 250 000 gloeilampe te verlig en 'n brug oor die Seine-rivier tydens die 1900 Wêreldtentoonstelling in Parys te verlig.
Die gebruik van elektrisiteit kan verder teruggaan. Tydens die bou van 'n spoorlyn in 1936 naby Bagdad, het werkers ontbloot wat gelyk het na 'n prehistoriese battery, ook bekend as die Parthian Battery. Die voorwerp dateer uit die Parthiese tydperk en is vermoedelik 2 000 jaar oud. Die battery het bestaan uit 'n kleipot wat gevul is met 'n asynoplossing waarin 'n ysterstaaf omring deur 'n kopersilinder geplaas is. Hierdie toestel het 1,1 tot 2,0 volt elektrisiteit geproduseer. Figuur 1 illustreer die Parthian Battery.

Figuur 1: Parthian Battery. 'n Kleikruik van 'n prehistoriese battery hou 'n ysterstaaf omring deur 'n kopersilinder. Wanneer dit met asyn of elektrolitiese oplossing gevul word, produseer die fles 1,1 tot 2 volt.
Nie alle wetenskaplikes aanvaar die Parthian Battery as 'n bron van energie nie. Dit is moontlik dat die toestel vir elektroplatering gebruik is, soos om 'n laag goud of ander edelmetale by 'n oppervlak te voeg. Daar word gesê dat die Egiptenare meer as 4 300 jaar gelede antimoon op koper gegalvaniseer het. Argeologiese bewyse dui daarop dat die Babiloniërs die eerste was wat 'n galvaniese tegniek ontdek en gebruik het in die vervaardiging van juweliersware deur 'n elektroliet gebaseer op druiwesap te gebruik om goudplaat steengoed te gebruik. Die Partiërs, wat in Bagdad regeer het (ongeveer 250 vC), het moontlik batterye gebruik om silwer te elektroplateer.
Een van die vroegste metodes om elektrisiteit in die moderne tyd op te wek was deur 'n statiese lading te skep. In 1660 het Otto von Guericke 'n elektriese masjien gebou met 'n groot swaelbol wat, wanneer dit gevryf en gedraai word, vere en klein stukkies papier aangetrek het. Guericke kon bewys dat die vonke wat gegenereer word elektries van aard was.
Die eerste praktiese gebruik van statiese elektrisiteit was die "elektriese pistool", wat Alessandro Volta (1745–1827) uitgevind het. Hy het gedink om langafstandkommunikasie te verskaf, al is dit net een Boole-bietjie. ’n Ysterdraad wat deur houtpale ondersteun word, sou van Como na Milaan, Italië, gespan word. Aan die ontvangkant sou die draad eindig in 'n fles gevul met metaangas. Om 'n gekodeerde gebeurtenis aan te dui, sal 'n elektriese vonk per draad gestuur word met die doel om die elektriese pistool te laat ontplof. Hierdie kommunikasieskakel is nooit gebou nie. Figuur 1-2 toon 'n potloodweergawe van Alessandro Volta.

Figuur 2: Alessandro Volta, uitvinder van die elektriese battery
Volta se ontdekking van die ontbinding van water deur 'n elektriese stroom het die grondslag van elektrochemie gelê.
Met vergunning van Cadex

In 1791, terwyl hy by die Universiteit van Bologna gewerk het, het Luigi Galvani ontdek dat die spier van 'n padda sou saamtrek wanneer dit deur 'n metaalvoorwerp aangeraak word. Hierdie verskynsel het bekend geword as diere-elektrisiteit. Aangespoor deur hierdie eksperimente het Volta 'n reeks eksperimente begin wat sink, lood, tin en yster as positiewe plate (katode) gebruik; en koper, silwer, goud en grafiet as negatiewe plate (anode). Die belangstelling in galvaniese elektrisiteit het gou wydverspreid geraak.
Vroeë batterye
Volta het in 1800 ontdek dat sekere vloeistowwe 'n deurlopende vloei van elektriese krag sou genereer wanneer dit as 'n geleier gebruik word. Hierdie ontdekking het gelei tot die uitvinding van die eerste voltaïese sel, meer algemeen bekend as die battery. Volta het verder ontdek dat die spanning sou toeneem wanneer voltaïese selle bo-op mekaar gestapel word. Figuur 3 illustreer so 'n reeksverbinding.

Figuur 1-3: Vier variasies
van Volta se elektriese battery
Metale in 'n battery het verskillende elektriese effekte. Volta het opgemerk dat die spanningspotensiaal met ongelyksoortige stowwe sterker word hoe verder hulle van mekaar af is.
Die eerste getal in die metale wat hieronder gelys word, is die affiniteit om elektrone aan te trek; die tweede is die standaardpotensiaal vanaf die eerste oksidasietoestand.
Sink = 1,6 / -0,76 V
Lood = 1,9 / -0,13 V
Tin = 1,8 / -1,07 V
Yster = 1,8 / -0,04 V
Koper = 1,9 / 0,159 V
Silwer = 1,9 / 1,98 V
Goud = 2,4 / 1,83 V
Koolstof = 2,5 / 0,13 V
Die metale bepaal die batteryspanning; hulle is geskei met klam papier wat in soutwater geweek is.
Met vergunning van Cadex
In dieselfde jaar het Volta sy ontdekking van 'n deurlopende bron van elektrisiteit aan die Royal Society of London vrygestel. Eksperimente was nie meer beperk tot 'n kort vertoning van vonke wat 'n breukdeel van 'n sekonde geduur het nie. ’n Eindelose stroom elektriese stroom het nou moontlik gelyk.
Frankryk was een van die eerste nasies wat Volta se ontdekkings amptelik erken het. Dit was gedurende 'n tyd toe Frankryk die hoogtepunt van wetenskaplike vooruitgang nader en nuwe idees met ope arms verwelkom is, wat gehelp het om die land se politieke agenda te ondersteun. Op uitnodiging het Volta die Instituut van Frankryk toegespreek in 'n reeks lesings waarby Napoleon Bonaparte as lid van die instituut teenwoordig was (sien Figuur 4).

Figuur 4: Volta se eksperimentering by die Instituut van Frankryk
Volta se ontdekkings het die wêreld so beïndruk dat die Franse Nasionale Instituut hom in November 1800 genooi het na lesings by geleenthede waaraan Napoleon Bonaparte deelgeneem het. Napoleon het gehelp met die eksperimente, vonke uit die battery getrek, 'n staaldraad gesmelt, 'n elektriese pistool ontlaai en water in sy elemente ontbind.
Met vergunning van Cadex
In 1800 het sir Humphry Davy, uitvinder van die mynwerker se veiligheidslamp, die chemiese effekte van elektrisiteit begin toets en uitgevind dat ontbinding plaasgevind het wanneer 'n elektriese stroom deur stowwe gelei word. Hierdie proses is later elektrolise genoem. Hy het nuwe ontdekkings gemaak deur die wêreld se grootste en kragtigste elektriese battery in die kluise van die Royal Institution of London te installeer. Die koppeling van die battery aan houtskoolelektrodes het die eerste elektriese lig geproduseer. Getuies het berig dat sy voltaïese booglamp “die briljantste stygende ligboog voortgebring het wat nog ooit gesien is”.
In 1802 het William Cruickshank die eerste elektriese battery vir massaproduksie ontwerp. Cruickshank het vierkantige velle koper met gelyke grootte velle groottes sink gerangskik. Hierdie blaaie is in 'n lang reghoekige houtboks geplaas en aanmekaar gesoldeer. Groewe in die boks het die metaalplate in posisie gehou, en die verseëlde boks is dan gevul met 'n elektroliet van pekelwater, of 'n afgewaterde suur. Dit het gelyk soos die oorstroomde battery wat vandag nog by ons is. Figuur 5 illustreer die batterywerkswinkel van Cruickshank.

Figuur 5: Cruickshank en die eerste oorstroomde battery. William Cruickshank, 'n Engelse chemikus, het 'n battery van elektriese selle gebou deur sink- en koperplate in 'n houtkas gevul met 'n elektrolietoplossing te verbind. Hierdie oorstroomde ontwerp het die voordeel gehad dat dit nie met gebruik uitdroog nie en het meer energie verskaf as Volta se skyfrangskikking.
Met vergunning van Cadex
Die uitvinding van die herlaaibare battery
In 1836 het John F. Daniell, 'n Engelse chemikus, 'n verbeterde battery ontwikkel wat 'n bestendiger stroom as vroeëre toestelle produseer. Tot op hierdie tydstip was alle batterye primêre, wat beteken dat hulle nie herlaai kon word nie. In 1859 het die Franse fisikus Gaston Planté die eerste herlaaibare battery uitgevind. Dit was gebaseer op loodsuur, 'n stelsel wat vandag nog gebruik word.
In 1899 het Waldemar Jungner van Swede die nikkel-kadmium-battery (NiCd) uitgevind wat nikkel vir die positiewe elektrode (katode) en kadmium vir die negatiewe (anode) gebruik het. Hoë materiaalkoste in vergelyking met loodsuur het die gebruik daarvan beperk en twee jaar later het Thomas Edison 'n alternatiewe ontwerp vervaardig deur kadmium met yster te vervang. Lae spesifieke energie, swak werkverrigting by lae temperatuur en hoë selfontlading het die sukses van die nikkel-ysterbattery beperk. Eers in 1932 het Schlecht en Ackermann hoër lasstrome bereik en die langlewendheid van NiCd verbeter deur die gesinterde poolplaat uit te vind. In 1947 het Georg Neumann daarin geslaag om die sel te verseël.
Vir baie jare was NiCd die enigste herlaaibare battery vir draagbare toepassings. In die 1990's het omgewingsbewustes in Europa bekommerd geraak oor omgewingsbesoedeling as NiCd onverskillig weggedoen word; hulle het hierdie chemie begin beperk en die verbruikersbedryf gevra om oor te skakel na Nikkel-metaalhidried (NiMH), 'n omgewingsvriendeliker battery. NiMH is soortgelyk aan NiCd, en baie voorspel dat NiMH die stapsteen na die meer blywende litium-ioon (Li-ioon) sal wees.
Die meeste navorsingsaktiwiteite draai vandag om die verbetering van litium-gebaseerde stelsels. Behalwe om selfone, skootrekenaars, digitale kameras, elektriese gereedskap en mediese toestelle aan te dryf, word Li-ion ook vir elektriese voertuie gebruik. Die battery het 'n aantal voordele, veral sy hoë spesifieke energie, eenvoudige laai, min onderhoud, en omgewingsvriendelik.
Elektrisiteit deur magnetisme
Die ontdekking van hoe om elektrisiteit deur magnetisme op te wek, het relatief laat gekom. In 1820 het André-Marie Ampère (1775–1836) opgemerk dat drade wat 'n elektriese stroom dra soms na mekaar aangetrek en ander kere van mekaar afgestoot word. In 1831 het Michael Faraday (1791–1867) gedemonstreer hoe 'n koperskyf 'n konstante vloei van elektrisiteit verskaf terwyl dit in 'n sterk magnetiese veld wentel. Faraday, wat Davy en sy navorsingspan bygestaan het, het daarin geslaag om 'n eindelose elektriese krag op te wek solank die beweging tussen 'n spoel en magneet voortduur. Dit het gelei tot die uitvinding van die elektriese kragopwekker en die omkeer van die proses het die elektriese motor moontlik gemaak. Kort daarna is transformators ontwikkel wat wisselstroom (AC) na enige gewenste spanning omskakel. In 1833 het Faraday die grondslag van elektrochemie gevestig waarop Faraday se wet gebaseer is. Faraday se wet van induksie hou verband met elektromagnetisme gekoppel aan transformators, induktors en baie soorte elektriese motors en kragopwekkers.
Sodra die verband met magnetisme verstaan is, het groot kragopwekkers 'n bestendige vloei van elektrisiteit begin produseer. Motors het gevolg wat meganiese beweging moontlik gemaak het, en die Edison gloeilamp het gelyk of hy die duisternis oorwin. Nadat George Westinghouse Chicago se World Columbian Exposition in 1893 verlig het, het Westinghouse drie groot kragopwekkers gebou om energie van Niagara-waterval in elektrisiteit te omskep. Die driefase-wisselstroomtegnologie wat deur Nikola Tesla ontwikkel is, het transmissielyne in staat gestel om elektriese krag oor groot afstande te dra. Elektrisiteit is dus wyd aan die mensdom beskikbaar gestel om die lewenskwaliteit te verbeter.

Figuur 6: 250 000 gloeilampe verlig Chicago se World Columbian Exposition in 1893.
Die sukses van die elektriese lig het gelei tot die bou van drie groot hidro kragopwekkers by Niagara Falls.
Met vergunning van die Brooklyn Museum Argief. Goodyear Argiefversameling
Die uitvinding van die elektroniese vakuumbuis in die vroeë 1900's het die belangrike volgende stap na hoë tegnologie gevorm, wat frekwensie-ossillators, seinversterking en digitale skakeling moontlik gemaak het. Dit het gelei tot radio-uitsendings in die 1920's en die eerste digitale rekenaar, genaamd ENIAC, in 1946. Die ontdekking van die transistor in 1947 het die weg gebaan vir die koms van die geïntegreerde stroombaan 10 jaar later, en die mikroverwerker het die inligtingstydperk ingelui, die manier waarop ons leef en werk vir altyd verander.
Die mensdom is afhanklik van elektrisiteit, en met verhoogde mobiliteit het mense meer en meer na draagbare krag aangetrek - eers vir toepassings op wiele, dan draagbaarheid, en uiteindelik draagbare gebruik. So ongemaklik en onbetroubaar soos die vroeë batterye mag gewees het, sal toekomstige generasies dalk na vandag se tegnologieë kyk as niks meer as lomp eksperimente nie.