बैटरी का आविष्कार कब हुआ था?

बैटरी का आविष्कार कब हुआ था?

बैटरी विश्वविद्यालय

पिछले 400 वर्षों में सबसे उल्लेखनीय और नवीन खोजों में से एक बिजली थी। हम पूछ सकते हैं, "क्या बिजली इतने लंबे समय से है?" इसका उत्तर हां है, और शायद बहुत लंबा है, लेकिन इसका व्यावहारिक उपयोग केवल 1800 के दशक के मध्य से और पहले सीमित तरीके से ही हमारे निपटान में रहा है। सबसे पहले सार्वजनिक कार्यों में से एक ने 1893 में शिकागो के विश्व कोलंबिया प्रदर्शनी को 250,000 प्रकाश बल्बों के साथ प्रकाशित किया, और पेरिस में 1900 के विश्व मेले के दौरान सीन नदी पर एक पुल को रोशन किया।
बिजली का उपयोग और भी पीछे जा सकता है। 1936 में बगदाद के पास एक रेलवे का निर्माण करते समय, श्रमिकों ने एक प्रागैतिहासिक बैटरी की खोज की, जिसे पार्थियन बैटरी के रूप में भी जाना जाता है। वस्तु पार्थियन काल की है और माना जाता है कि यह 2,000 वर्ष पुरानी है। बैटरी में एक मिट्टी का जार होता है जो सिरका के घोल से भरा होता है जिसमें तांबे के सिलेंडर से घिरी लोहे की छड़ डाली जाती है। इस उपकरण ने 1.1 से 2.0 वोल्ट बिजली का उत्पादन किया। चित्र 1 पार्थियन बैटरी को दिखाता है।

चित्र 1: पार्थियन बैटरी। एक प्रागैतिहासिक बैटरी के मिट्टी के जार में तांबे के सिलेंडर से घिरी लोहे की छड़ होती है। जब सिरका या इलेक्ट्रोलाइटिक घोल से भरा होता है, तो जार 1.1 से 2 वोल्ट का उत्पादन करता है।
सभी वैज्ञानिक पार्थियन बैटरी को ऊर्जा के स्रोत के रूप में स्वीकार नहीं करते हैं। यह संभव है कि डिवाइस का उपयोग इलेक्ट्रोप्लेटिंग के लिए किया गया था, जैसे कि सतह पर सोने या अन्य कीमती धातुओं की एक परत जोड़ना। कहा जाता है कि मिस्रवासियों ने 4,300 साल पहले तांबे पर इलेक्ट्रोप्लेटेड सुरमा लगाया था। पुरातात्विक साक्ष्य से पता चलता है कि बेबीलोनियों ने सबसे पहले सोने की प्लेट के पत्थर के पात्र में अंगूर के रस पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके गहनों के निर्माण में एक गैल्वेनिक तकनीक की खोज की और उसका उपयोग किया। बगदाद (लगभग 250 ईसा पूर्व) पर शासन करने वाले पार्थियनों ने चांदी को इलेक्ट्रोप्लेट करने के लिए बैटरी का इस्तेमाल किया हो सकता है।
आधुनिक समय में बिजली उत्पन्न करने के शुरुआती तरीकों में से एक स्थैतिक चार्ज बनाना था। 1660 में, ओटो वॉन गुएरिक ने एक बड़े सल्फर ग्लोब का उपयोग करके एक विद्युत मशीन का निर्माण किया, जिसे रगड़ने और घुमाने पर पंख और कागज के छोटे टुकड़े आकर्षित होते थे। Guericke यह साबित करने में सक्षम था कि उत्पन्न चिंगारी प्रकृति में विद्युत थी।
स्थैतिक बिजली का पहला व्यावहारिक उपयोग "इलेक्ट्रिक पिस्तौल" था, जिसका आविष्कार एलेसेंड्रो वोल्टा (1745-1827) ने किया था। उन्होंने केवल एक बूलियन बिट के बावजूद लंबी दूरी की संचार प्रदान करने के बारे में सोचा। कोमो से मिलान, इटली तक लकड़ी के खंभों द्वारा समर्थित एक लोहे के तार को फँसाया जाना था। प्राप्त करने वाले छोर पर, तार मीथेन गैस से भरे जार में समाप्त हो जाएगा। एक कोडित घटना का संकेत देने के लिए, विद्युत पिस्तौल को विस्फोट करने के उद्देश्य से तार द्वारा एक विद्युत चिंगारी भेजी जाएगी। यह संचार लिंक कभी नहीं बनाया गया था। चित्र 1-2 में एलेसेंड्रो वोल्टा का पेंसिल प्रतिपादन दिखाया गया है।

चित्र 2: इलेक्ट्रिक बैटरी के आविष्कारक एलेसेंड्रो वोल्टा
वोल्टा द्वारा विद्युत धारा द्वारा जल के अपघटन की खोज ने विद्युत रसायन की नींव रखी।
कैडेक्स की सौजन्य

1791 में, बोलोग्ना विश्वविद्यालय में काम करते हुए, लुइगी गलवानी ने पाया कि एक धातु की वस्तु से छूने पर मेंढक की मांसपेशी सिकुड़ जाएगी। इस घटना को पशु बिजली के रूप में जाना जाने लगा। इन प्रयोगों से प्रेरित होकर, वोल्टा ने सकारात्मक प्लेटों (कैथोड) के रूप में जस्ता, सीसा, टिन और लोहे का उपयोग करते हुए प्रयोगों की एक श्रृंखला शुरू की; और कॉपर, सिल्वर, गोल्ड और ग्रेफाइट नेगेटिव प्लेट्स (एनोड) के रूप में। गैल्वेनिक बिजली में रुचि जल्द ही व्यापक हो गई।
प्रारंभिक बैटरी
वोल्टा ने 1800 में खोज की थी कि कुछ तरल पदार्थ कंडक्टर के रूप में उपयोग किए जाने पर विद्युत शक्ति का निरंतर प्रवाह उत्पन्न करते हैं। इस खोज ने पहले वोल्टाइक सेल का आविष्कार किया, जिसे आमतौर पर बैटरी के रूप में जाना जाता है। वोल्टा ने आगे पता लगाया कि जब वोल्टाइक सेलों को एक दूसरे के ऊपर रखा जाएगा तो वोल्टेज बढ़ जाएगा। चित्र 3 ऐसे सीरियल कनेक्शन को दिखाता है।

चित्र 1-3: चार विविधताएं
वोल्टा की इलेक्ट्रिक बैटरी
बैटरी में धातुओं के अलग-अलग विद्युत प्रभाव होते हैं। वोल्टा ने देखा कि अलग-अलग पदार्थों के साथ वोल्टेज क्षमता एक दूसरे से दूर होने के कारण मजबूत होती गई।
नीचे सूचीबद्ध धातुओं में पहली संख्या इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने के लिए आत्मीयता है; दूसरी पहली ऑक्सीकरण अवस्था से मानक क्षमता है।
जिंक = 1.6 / -0.76 वी
लीड = 1.9 / -0.13 वी
टिन = 1.8 / -1.07 वी
लोहा = 1.8/-0.04 वी
कॉपर = 1.9 / 0.159 वी
चांदी = 1.9 / 1.98 वी
सोना = 2.4 / 1.83 वी
कार्बन = 2.5 / 0.13 वी
धातुएं बैटरी वोल्टेज निर्धारित करती हैं; उन्हें खारे पानी में भिगोए हुए नम कागज से अलग किया गया था।
कैडेक्स की सौजन्य
उसी वर्ष, वोल्टा ने लंदन की रॉयल सोसाइटी को बिजली के निरंतर स्रोत की अपनी खोज जारी की। प्रयोग अब चिंगारी के एक संक्षिप्त प्रदर्शन तक सीमित नहीं थे जो एक सेकंड के एक अंश तक चले। विद्युत प्रवाह की एक अंतहीन धारा अब संभव लग रही थी।
फ्रांस वोल्टा की खोजों को आधिकारिक रूप से मान्यता देने वाले पहले राष्ट्रों में से एक था। यह ऐसे समय में था जब फ्रांस वैज्ञानिक प्रगति की ऊंचाई पर पहुंच रहा था और देश के राजनीतिक एजेंडे का समर्थन करने में मदद करने के लिए खुले हाथों से नए विचारों का स्वागत किया गया था। निमंत्रण द्वारा, वोल्टा ने व्याख्यान की एक श्रृंखला में फ्रांस के संस्थान को संबोधित किया जिसमें नेपोलियन बोनापार्ट संस्थान के सदस्य के रूप में उपस्थित थे (चित्र 4 देखें)।

चित्र 4: फ्रांस के संस्थान में वोल्टा के प्रयोग
वोल्टा की खोजों ने दुनिया को इतना प्रभावित किया कि नवंबर 1800 में फ्रांसीसी राष्ट्रीय संस्थान ने उन्हें उन कार्यक्रमों में व्याख्यान के लिए आमंत्रित किया जिनमें नेपोलियन बोनापार्ट ने भाग लिया था। नेपोलियन ने प्रयोगों में मदद की, बैटरी से चिंगारी खींची, स्टील के तार को पिघलाया, एक इलेक्ट्रिक पिस्तौल का निर्वहन किया, और उसके तत्वों में पानी को विघटित किया।
कैडेक्स की सौजन्य
1800 में, माइनर के सेफ्टी लैंप के आविष्कारक सर हम्फ्री डेवी ने बिजली के रासायनिक प्रभावों का परीक्षण करना शुरू किया और पाया कि पदार्थों के माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित करते समय अपघटन हुआ। इस प्रक्रिया को बाद में इलेक्ट्रोलिसिस कहा गया। उन्होंने लंदन के रॉयल इंस्टीट्यूशन की तिजोरियों में दुनिया की सबसे बड़ी और सबसे शक्तिशाली इलेक्ट्रिक बैटरी लगाकर नई खोजें कीं। बैटरी को चारकोल इलेक्ट्रोड से जोड़ने पर पहला विद्युत प्रकाश उत्पन्न हुआ। प्रत्यक्षदर्शियों ने बताया कि उनके वोल्टाइक आर्क लैम्प ने "अब तक देखे गए प्रकाश का सबसे शानदार आरोही मेहराब" उत्पन्न किया।
1802 में, विलियम क्रूक्सशैंक ने बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए पहली इलेक्ट्रिक बैटरी तैयार की। क्रिकशैंक ने तांबे की चौकोर शीटों को समान आकार की शीटों के आकार के साथ व्यवस्थित किया। इन चादरों को एक लंबे आयताकार लकड़ी के बक्से में रखा गया था और एक साथ मिलाप किया गया था। बॉक्स में खांचे ने धातु की प्लेटों को स्थिति में रखा, और सीलबंद बॉक्स को फिर नमकीन के इलेक्ट्रोलाइट, या पानी से भरे एसिड से भर दिया गया। यह बाढ़ वाली बैटरी जैसा था जो आज भी हमारे पास है। चित्र 5 क्रूकशैंक की बैटरी वर्कशॉप को दिखाता है।

चित्र 5: क्रूकशैंक और पहली बाढ़ वाली बैटरी। एक अंग्रेजी रसायनज्ञ विलियम क्रुइकशैंक ने एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान से भरे लकड़ी के बक्से में जस्ता और तांबे की प्लेटों को मिलाकर विद्युत कोशिकाओं की एक बैटरी बनाई। इस बाढ़ वाले डिजाइन का उपयोग के साथ सूखने का लाभ नहीं था और वोल्टा की डिस्क व्यवस्था की तुलना में अधिक ऊर्जा प्रदान करता था।
कैडेक्स की सौजन्य
रिचार्जेबल बैटरी का आविष्कार
1836 में, एक अंग्रेजी रसायनज्ञ जॉन एफ. डेनियल ने एक बेहतर बैटरी विकसित की जो पहले के उपकरणों की तुलना में एक स्थिर धारा का उत्पादन करती थी। इस समय तक, सभी बैटरी प्राथमिक थीं, जिसका अर्थ है कि उन्हें रिचार्ज नहीं किया जा सकता था। 1859 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी गैस्टन प्लांट ने पहली रिचार्जेबल बैटरी का आविष्कार किया। यह लेड एसिड पर आधारित था, एक प्रणाली जो आज भी उपयोग की जाती है।
1899 में, स्वीडन के वाल्डेमर जुंगनर ने निकल-कैडमियम बैटरी (एनआईसीडी) का आविष्कार किया, जो सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) के लिए निकल और नकारात्मक (एनोड) के लिए कैडमियम का उपयोग करता था। लेड एसिड की तुलना में उच्च सामग्री लागत ने इसके उपयोग को सीमित कर दिया और दो साल बाद, थॉमस एडिसन ने कैडमियम को लोहे से बदलकर एक वैकल्पिक डिजाइन तैयार किया। कम विशिष्ट ऊर्जा, कम तापमान पर खराब प्रदर्शन, और उच्च स्व-निर्वहन ने निकल-लौह बैटरी की सफलता को सीमित कर दिया। यह 1932 तक नहीं था कि श्लेच और एकरमैन ने उच्च भार धाराएं हासिल कीं और पापी पोल प्लेट का आविष्कार करके एनआईसीडी की लंबी उम्र में सुधार किया। 1947 में, जॉर्ज न्यूमैन सेल को सील करने में सफल रहे।
कई वर्षों तक, पोर्टेबल अनुप्रयोगों के लिए NiCd एकमात्र रिचार्जेबल बैटरी थी। 1990 के दशक में, यूरोप में पर्यावरणविद पर्यावरण प्रदूषण के बारे में चिंतित हो गए यदि NiCd को लापरवाही से निपटाया गया; उन्होंने इस रसायन को प्रतिबंधित करना शुरू कर दिया और उपभोक्ता उद्योग को निकेल-मेटल-हाइड्राइड (NiMH) पर स्विच करने के लिए कहा, जो पर्यावरण के अनुकूल बैटरी है। NiMH NiCd के समान है, और कई भविष्यवाणी करते हैं कि NiMH अधिक स्थायी लिथियम-आयन (Li-ion) के लिए कदम-पत्थर होगा।
अधिकांश शोध गतिविधियाँ आज लिथियम-आधारित प्रणालियों में सुधार के इर्द-गिर्द घूमती हैं। सेलुलर फोन, लैपटॉप, डिजिटल कैमरा, बिजली उपकरण और चिकित्सा उपकरणों को बिजली देने के अलावा, ली-आयन का उपयोग इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए भी किया जाता है। बैटरी के कई लाभ हैं, विशेष रूप से इसकी उच्च विशिष्ट ऊर्जा, सरल चार्जिंग, कम रखरखाव, और पर्यावरण की दृष्टि से सौम्य होने के कारण।
चुंबकत्व के माध्यम से बिजली
चुंबकत्व के माध्यम से बिजली कैसे उत्पन्न की जाती है, इसकी खोज अपेक्षाकृत देर से हुई। 1820 में, आंद्रे-मैरी एम्पीयर (1775-1836) ने देखा कि विद्युत प्रवाह ले जाने वाले तार कभी-कभी आकर्षित होते थे और कभी-कभी एक दूसरे से विकर्षित होते थे। 1831 में, माइकल फैराडे (1791-1867) ने प्रदर्शित किया कि कैसे एक तांबे की डिस्क एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में घूमते हुए बिजली का निरंतर प्रवाह प्रदान करती है। फैराडे, डेवी और उनकी शोध टीम की सहायता करते हुए, एक अंतहीन विद्युत शक्ति उत्पन्न करने में सफल रहे, जब तक कि एक कुंडल और चुंबक के बीच की गति जारी रही। इससे विद्युत जनरेटर का आविष्कार हुआ और इस प्रक्रिया को उलटने से विद्युत मोटर सक्षम हो गई। इसके तुरंत बाद, ट्रांसफॉर्मर विकसित किए गए जो प्रत्यावर्ती धारा (एसी) को किसी भी वांछित वोल्टेज में परिवर्तित कर देते थे। 1833 में, फैराडे ने इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री की नींव रखी, जिस पर फैराडे का नियम आधारित है। फैराडे का प्रेरण का नियम ट्रांसफार्मर, इंडक्टर्स और कई प्रकार के विद्युत मोटर्स और जनरेटर से जुड़े विद्युत चुंबकत्व से संबंधित है।
एक बार जब चुंबकत्व के साथ संबंध समझ में आ गया, तो बड़े जनरेटर बिजली के एक स्थिर प्रवाह का उत्पादन करने लगे। मोटर्स ने उस सक्षम यांत्रिक गति का अनुसरण किया, और एडिसन लाइट बल्ब अंधेरे पर विजय प्राप्त करने के लिए प्रकट हुआ। 1893 में जॉर्ज वेस्टिंगहाउस ने शिकागो के विश्व कोलंबियाई प्रदर्शनी को प्रकाशित करने के बाद, वेस्टिंगहाउस ने नियाग्रा फॉल्स से ऊर्जा को बिजली में बदलने के लिए तीन बड़े जनरेटर बनाए। निकोला टेस्ला द्वारा विकसित तीन-चरण एसी तकनीक ने ट्रांसमिशन लाइनों को बड़ी दूरी तक बिजली ले जाने में सक्षम बनाया। इस प्रकार जीवन की गुणवत्ता में सुधार के लिए बिजली मानवता को व्यापक रूप से उपलब्ध कराई गई।

चित्र 6: 250,000 प्रकाश बल्ब 1893 में शिकागो के विश्व कोलंबियाई प्रदर्शनी को प्रकाशित करते हैं।
विद्युत प्रकाश की सफलता ने नियाग्रा फॉल्स में तीन बड़े हाइड्रो जनरेटर का निर्माण किया।
ब्रुकलिन संग्रहालय अभिलेखागार की सौजन्य। गुडइयर अभिलेखीय संग्रह
1900 के दशक की शुरुआत में इलेक्ट्रॉनिक वैक्यूम ट्यूब के आविष्कार ने उच्च तकनीक की दिशा में महत्वपूर्ण अगला कदम बनाया, जिससे फ़्रीक्वेंसी ऑसिलेटर्स, सिग्नल एम्प्लीफ़िकेशन और डिजिटल स्विचिंग को सक्षम किया गया। इसने 1920 के दशक में रेडियो प्रसारण और 1946 में ENIAC नामक पहला डिजिटल कंप्यूटर का नेतृत्व किया। 1947 में ट्रांजिस्टर की खोज ने 10 साल बाद एकीकृत सर्किट के आगमन का मार्ग प्रशस्त किया, और माइक्रोप्रोसेसर ने सूचना युग की शुरुआत की, हमारे जीने और काम करने का तरीका हमेशा के लिए बदल रहा है।
मानवता बिजली पर निर्भर करती है, और बढ़ी हुई गतिशीलता के साथ, लोगों ने पोर्टेबल बिजली की ओर अधिक से अधिक गुरुत्वाकर्षण किया है - पहले पहिएदार अनुप्रयोगों के लिए, फिर पोर्टेबिलिटी और अंत में पहनने योग्य उपयोग के लिए। शुरुआती बैटरी जितनी अजीब और अविश्वसनीय हो सकती हैं, भविष्य की पीढ़ियां आज की तकनीकों को अनाड़ी प्रयोगों के अलावा और कुछ नहीं देख सकती हैं।