Kapan Baterai Ditemukan?

Kapan Baterai Ditemukan?

Universitas Baterai

Salah satu penemuan paling luar biasa dan baru dalam 400 tahun terakhir adalah listrik. Kita mungkin bertanya, “Apakah listrik sudah ada selama itu?” Jawabannya adalah ya, dan mungkin lebih lama lagi, tetapi penggunaan praktisnya baru tersedia sejak pertengahan hingga akhir 1800-an, dan pada awalnya terbatas. Salah satu pekerjaan umum paling awal yang mendapatkan perhatian adalah menerangi Pameran Dunia Columbia tahun 1893 di Chicago dengan 250.000 bola lampu, dan menerangi jembatan di atas sungai Seine selama Pameran Dunia 1900 di Paris.
Penggunaan listrik dapat kembali lebih jauh. Saat membangun rel kereta api pada tahun 1936 di dekat Baghdad, para pekerja menemukan apa yang tampak sebagai baterai prasejarah, yang juga dikenal sebagai Baterai Parthia. Objek tersebut berasal dari periode Parthia dan diyakini berusia 2.000 tahun. Baterai terdiri dari toples tanah liat yang diisi dengan larutan cuka di mana batang besi yang dikelilingi oleh silinder tembaga dimasukkan. Perangkat ini menghasilkan listrik 1,1 hingga 2,0 volt. Gambar 1 mengilustrasikan Baterai Parthia.

Gambar 1: Baterai Parthia. Sebuah toples tanah liat dari baterai prasejarah memegang batang besi yang dikelilingi oleh silinder tembaga. Ketika diisi dengan cuka atau larutan elektrolit, tabung menghasilkan 1,1 hingga 2 volt.
Tidak semua ilmuwan menerima Baterai Parthia sebagai sumber energi. Ada kemungkinan perangkat itu digunakan untuk pelapisan listrik, seperti menambahkan lapisan emas atau logam mulia lainnya ke permukaan. Orang Mesir dikatakan telah menyepuh antimon ke tembaga lebih dari 4.300 tahun yang lalu. Bukti arkeologi menunjukkan bahwa Babilonia adalah orang pertama yang menemukan dan menggunakan teknik galvanik dalam pembuatan perhiasan dengan menggunakan elektrolit berdasarkan jus anggur untuk periuk piring emas. Parthia, yang memerintah Baghdad (ca. 250 SM), mungkin telah menggunakan baterai untuk menyepuh dgn listrik perak.
Salah satu metode paling awal untuk menghasilkan listrik di zaman modern adalah dengan membuat muatan statis. Pada tahun 1660, Otto von Guericke membangun mesin listrik menggunakan bola belerang besar yang, ketika digosok dan diputar, menarik bulu dan potongan kertas kecil. Guericke mampu membuktikan bahwa bunga api yang dihasilkan adalah listrik di alam.
Penggunaan praktis pertama listrik statis adalah "pistol listrik", yang ditemukan oleh Alessandro Volta (1745-1827). Dia berpikir untuk menyediakan komunikasi jarak jauh, meskipun hanya satu bit Boolean. Sebuah kawat besi yang ditopang oleh tiang-tiang kayu akan digantung dari Como ke Milan, Italia. Di ujung penerima, kawat akan berakhir dalam toples yang diisi dengan gas metana. Untuk memberi sinyal peristiwa yang dikodekan, percikan listrik akan dikirim melalui kawat untuk tujuan meledakkan pistol listrik. Tautan komunikasi ini tidak pernah dibangun. Gambar 1-2 menunjukkan rendering pensil Alessandro Volta.

Gambar 2: Alessandro Volta, penemu baterai listrik
Penemuan Volta tentang penguraian air oleh arus listrik meletakkan dasar elektrokimia.
Courtesy of Cadex

Pada tahun 1791, saat bekerja di Universitas Bologna, Luigi Galvani menemukan bahwa otot katak akan berkontraksi jika disentuh oleh benda logam. Fenomena ini kemudian dikenal sebagai listrik hewan. Didorong oleh eksperimen ini, Volta memulai serangkaian eksperimen menggunakan seng, timah, timah, dan besi sebagai pelat positif (katoda); dan tembaga, perak, emas, dan grafit sebagai pelat negatif (anoda). Minat listrik galvanik segera menjadi luas.
Baterai Awal
Volta menemukan pada tahun 1800 bahwa cairan tertentu akan menghasilkan aliran daya listrik yang terus menerus ketika digunakan sebagai konduktor. Penemuan ini mengarah pada penemuan sel volta pertama, yang lebih dikenal sebagai baterai. Volta menemukan lebih lanjut bahwa tegangan akan meningkat ketika sel volta ditumpuk di atas satu sama lain. Gambar 3 mengilustrasikan koneksi serial seperti itu.

Gambar 1-3: Empat variasi
dari baterai listrik Volta
Logam dalam baterai memiliki efek listrik yang berbeda. Volta memperhatikan bahwa potensi tegangan dengan zat yang berbeda semakin kuat semakin jauh mereka dari satu sama lain.
Nomor pertama dalam logam yang tercantum di bawah ini adalah afinitas untuk menarik elektron; yang kedua adalah potensial standar dari keadaan oksidasi pertama.
Seng = 1,6 / -0,76 V
Timbal = 1,9 / -0,13 V
Timah = 1,8 / -1,07 V
Besi = 1,8 / -0,04 V
Tembaga = 1,9 / 0,159 V
Perak = 1,9 / 1,98 V
Emas = 2,4 / 1,83 V
Karbon = 2,5 / 0,13 V
Logam menentukan tegangan baterai; mereka dipisahkan dengan kertas basah direndam dalam air asin.
Courtesy of Cadex
Pada tahun yang sama, Volta merilis penemuannya tentang sumber listrik berkelanjutan ke Royal Society of London. Eksperimen tidak lagi terbatas pada tampilan singkat percikan api yang berlangsung sepersekian detik. Aliran arus listrik yang tak berujung sekarang tampak mungkin.
Prancis adalah salah satu negara pertama yang secara resmi mengakui penemuan Volta. Ini terjadi pada saat Prancis mendekati puncak kemajuan ilmiah dan ide-ide baru disambut dengan tangan terbuka, membantu mendukung agenda politik negara. Dengan undangan, Volta berbicara kepada Institut Prancis dalam serangkaian kuliah di mana Napoleon Bonaparte hadir sebagai anggota institut tersebut (lihat Gambar 4).

Gambar 4: Eksperimen Volta di Institut Prancis
Penemuan Volta begitu mengesankan dunia sehingga pada November 1800 Institut Nasional Prancis mengundangnya untuk memberi kuliah di acara-acara yang diikuti oleh Napoleon Bonaparte. Napoleon membantu percobaan, menggambar bunga api dari baterai, melelehkan kawat baja, mengeluarkan pistol listrik, dan menguraikan air menjadi elemen-elemennya.
Courtesy of Cadex
Pada tahun 1800, Sir Humphry Davy, penemu lampu keselamatan penambang, mulai menguji efek kimia listrik dan menemukan bahwa dekomposisi terjadi ketika melewatkan arus listrik melalui zat. Proses ini kemudian disebut elektrolisis. Dia membuat penemuan baru dengan memasang baterai listrik terbesar dan paling kuat di dunia di brankas Royal Institution of London. Menghubungkan baterai ke elektroda arang menghasilkan lampu listrik pertama. Saksi mata melaporkan bahwa lampu busur voltanya menghasilkan ”lengkungan cahaya naik paling cemerlang yang pernah dilihat”.
Pada tahun 1802, William Cruickshank merancang baterai listrik pertama untuk produksi massal. Cruickshank menyusun lembaran tembaga persegi dengan ukuran lembaran seng yang sama. Lembaran-lembaran ini ditempatkan ke dalam kotak kayu persegi panjang dan disolder bersama. Alur di dalam kotak menahan pelat logam pada posisinya, dan kotak yang disegel itu kemudian diisi dengan elektrolit air garam, atau asam encer. Ini mirip dengan baterai yang kebanjiran yang masih ada bersama kita sampai sekarang. Gambar 5 mengilustrasikan bengkel baterai Cruickshank.

Gambar 5: Cruickshank dan baterai pertama yang kebanjiran. William Cruickshank, seorang ahli kimia Inggris, membangun baterai sel listrik dengan menggabungkan pelat seng dan tembaga dalam kotak kayu yang diisi dengan larutan elektrolit. Desain yang dibanjiri ini memiliki keuntungan tidak mengering saat digunakan dan memberikan lebih banyak energi daripada pengaturan cakram Volta.
Courtesy of Cadex
Penemuan Baterai Isi Ulang
Pada tahun 1836, John F. Daniell, seorang ahli kimia Inggris, mengembangkan baterai yang lebih baik yang menghasilkan arus yang lebih stabil daripada perangkat sebelumnya. Sampai saat ini, semua baterai adalah yang utama, artinya tidak dapat diisi ulang. Pada tahun 1859, fisikawan Perancis Gaston Planté menemukan baterai isi ulang pertama. Itu didasarkan pada asam timbal, sistem yang masih digunakan sampai sekarang.
Pada tahun 1899, Waldemar Jungner dari Swedia menemukan baterai nikel-kadmium (NiCd), yang menggunakan nikel untuk elektroda positif (katoda) dan kadmium untuk elektroda negatif (anoda). Biaya bahan yang tinggi dibandingkan asam timbal membatasi penggunaannya dan dua tahun kemudian, Thomas Edison menghasilkan desain alternatif dengan mengganti kadmium dengan besi. Energi spesifik yang rendah, kinerja yang buruk pada suhu rendah, dan self-discharge yang tinggi membatasi keberhasilan baterai nikel-besi. Baru pada tahun 1932 Schlecht dan Ackermann mencapai arus beban yang lebih tinggi dan meningkatkan umur panjang NiCd dengan menemukan pelat kutub yang disinter. Pada tahun 1947, Georg Neumann berhasil menyegel sel tersebut.
Selama bertahun-tahun, NiCd adalah satu-satunya baterai isi ulang untuk aplikasi portabel. Pada 1990-an, pemerhati lingkungan di Eropa menjadi khawatir tentang pencemaran lingkungan jika NiCd dibuang sembarangan; mereka mulai membatasi bahan kimia ini dan meminta industri konsumen untuk beralih ke Nickel-metal-hydride (NiMH), baterai yang lebih ramah lingkungan. NiMH mirip dengan NiCd, dan banyak yang memperkirakan bahwa NiMH akan menjadi batu loncatan menuju lithium-ion (Li-ion) yang lebih tahan lama.
Sebagian besar kegiatan penelitian saat ini berkisar pada peningkatan sistem berbasis lithium. Selain menghidupkan telepon seluler, laptop, kamera digital, peralatan listrik, dan alat kesehatan, Li-ion juga digunakan untuk kendaraan listrik. Baterai memiliki sejumlah keunggulan, terutama energi spesifiknya yang tinggi, pengisian daya yang sederhana, perawatan yang rendah, dan ramah lingkungan.
Listrik Melalui Magnetisme
Penemuan bagaimana menghasilkan listrik melalui magnet datang relatif terlambat. Pada tahun 1820, André-Marie Ampère (1775–1836) memperhatikan bahwa kabel-kabel yang dialiri arus listrik kadang-kadang tertarik dan di lain waktu saling tolak. Pada tahun 1831, Michael Faraday (1791–1867) mendemonstrasikan bagaimana cakram tembaga memberikan aliran listrik yang konstan saat berputar dalam medan magnet yang kuat. Faraday, membantu Davy dan tim penelitinya, berhasil menghasilkan gaya listrik yang tidak ada habisnya selama gerakan antara kumparan dan magnet terus berlanjut. Hal ini menyebabkan penemuan generator listrik dan membalikkan proses memungkinkan motor listrik. Tak lama kemudian, trafo dikembangkan yang mengubah arus bolak-balik (AC) ke tegangan yang diinginkan. Pada tahun 1833, Faraday mendirikan dasar elektrokimia yang menjadi dasar hukum Faraday. Hukum induksi Faraday berkaitan dengan elektromagnetisme yang terkait dengan transformator, induktor, dan berbagai jenis motor dan generator listrik.
Setelah hubungan dengan magnet dipahami, generator besar mulai menghasilkan aliran listrik yang stabil. Motor mengikuti gerakan mekanis yang memungkinkan, dan bola lampu Edison muncul untuk menaklukkan kegelapan. Setelah George Westinghouse menyalakan Pameran Kolombia Dunia di Chicago pada tahun 1893, Westinghouse membangun tiga generator besar untuk mengubah energi dari Air Terjun Niagara menjadi listrik. Teknologi AC tiga fase yang dikembangkan oleh Nikola Tesla memungkinkan jalur transmisi untuk membawa tenaga listrik jarak jauh. Listrik dengan demikian dibuat tersedia secara luas bagi umat manusia untuk meningkatkan kualitas hidup.

Gambar 6: 250.000 bola lampu menerangi Pameran Kolombia Dunia di Chicago pada tahun 1893.
Keberhasilan lampu listrik menyebabkan pembangunan tiga pembangkit listrik tenaga air besar di Air Terjun Niagara.
Atas perkenan Arsip Museum Brooklyn. Koleksi Arsip Goodyear
Penemuan tabung vakum elektronik pada awal 1900-an membentuk langkah signifikan berikutnya menuju teknologi tinggi, memungkinkan osilator frekuensi, penguatan sinyal, dan peralihan digital. Hal ini menyebabkan penyiaran radio pada tahun 1920-an dan komputer digital pertama, yang disebut ENIAC, pada tahun 1946. Penemuan transistor pada tahun 1947 membuka jalan bagi kedatangan sirkuit terpadu 10 tahun kemudian, dan mikroprosesor mengantarkan Era Informasi, selamanya mengubah cara kita hidup dan bekerja.
Umat manusia bergantung pada listrik, dan dengan mobilitas yang meningkat, orang semakin tertarik pada daya portabel — pertama untuk aplikasi beroda, kemudian portabilitas, dan akhirnya penggunaan yang dapat dikenakan. Betapapun canggung dan tidak dapat diandalkannya baterai awal, generasi mendatang mungkin melihat teknologi saat ini tidak lebih dari eksperimen yang canggung.