バッテリーはいつ発明されましたか？

バッテリーはいつ発明されましたか？

バッテリー大学

過去400年間で最も注目に値する斬新な発見の1つは、電気でした。 「電気はそんなに長い間ありましたか？」と尋ねるかもしれません。答えはイエスであり、おそらくはるかに長いですが、その実用化は1800年代半ばから後半まで、最初は限られた方法でしか私たちが自由に使えるものではありませんでした。注目を集めた最も初期の公共事業の1つは、1893年のシカゴ万国博覧会に25万個の電球を使って啓蒙し、1900年のパリ万国博覧会でセーヌ川に架かる橋を照らしたことです。
電気の使用はさらに戻る可能性があります。バグダッドの近くに1936年に鉄道を建設している間、労働者はパルティア電池としても知られている先史時代の電池と思われるものを発見しました。オブジェクトはパルティア時代にさかのぼり、2、000年前のものと考えられています。バッテリーは、銅のシリンダーで囲まれた鉄の棒が挿入された酢の溶液で満たされた粘土の瓶で構成されていました。この装置は1.1から2.0ボルトの電気を生み出しました。図1は、パルティアバッテリーを示しています。

図1：パルティアバッテリー。先史時代の電池の粘土の壺は、銅のシリンダーで囲まれた鉄の棒を保持しています。酢または電解液で満たされると、瓶は1.1から2ボルトを生成します。
すべての科学者がパルティア電池をエネルギー源として受け入れるわけではありません。表面に金やその他の貴金属の層を追加するなど、デバイスが電気めっきに使用された可能性があります。エジプト人は4、300年以上前に銅にアンチモンを電気メッキしたと言われています。考古学的な証拠は、バビロニア人がブドウジュースをベースにした電解質を金メッキの石器に使用することにより、宝石の製造にガルバニック技術を最初に発見して採用したことを示唆しています。バグダッド（紀元前250年頃）を統治したパルティア人は、銀を電気メッキするために電池を使用した可能性があります。
現代で電気を生成する最も初期の方法の1つは、静電荷を生成することでした。 1660年、オットーフォンゲリッケは大きな硫黄の地球儀を使って電気機械を作りました。この地球儀は、こすったり回したりすると、羽や小さな紙片を引き付けました。ゲリッケは、発生した火花が本質的に電気的であることを証明することができました。
静電気の最初の実用化は、アレッサンドロ・ボルタ（1745–1827）が発明した「電気ピストル」でした。彼は、ブールビットが1つしかないにもかかわらず、長距離通信を提供することを考えました。木の棒で支えられた鉄線がコモからイタリアのミラノまで張られることになっていた。受信側では、ワイヤーはメタンガスで満たされた瓶の中で終端します。コード化されたイベントを知らせるために、電気ピストルを爆発させる目的で電気火花がワイヤーで送られます。この通信リンクは構築されませんでした。図1-2は、アレッサンドロボルタの鉛筆レンダリングを示しています。

図2：電池の発明者、アレッサンドロ・ボルタ
電流による水の分解のボルタの発見は、電気化学の基礎を築きました。
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1791年、ボローニャ大学で働いていたとき、ルイージガルヴァーニは、金属製の物体に触れるとカエルの筋肉が収縮することを発見しました。この現象は動物の電気として知られるようになりました。これらの実験に促されて、Voltaは亜鉛、鉛、スズ、鉄を正極板（陰極）として使用する一連の実験を開始しました。ネガティブプレート（アノード）としての銅、銀、金、およびグラファイト。ガルバニック電気への関心はすぐに広まりました。
初期のバッテリー
Voltaは、1800年に、特定の流体を導体として使用すると、電力の連続的な流れを生成することを発見しました。この発見により、より一般的にはバッテリーとして知られる最初のボルタ電池が発明されました。ボルタはさらに、ボルタ電池を積み重ねると電圧が上昇することを発見しました。図3は、このようなシリアル接続を示しています。

図1-3：4つのバリエーション
ボルタの電池の
バッテリー内の金属には、さまざまな電気的効果があります。ボルタは、異なる物質の電位が互いに離れるほど強くなることに気づきました。
以下にリストされている金属の最初の数字は、電子を引き付ける親和性です。 2番目は最初の酸化状態からの標準電位です。
亜鉛=1.6/ -0.76 V
リード=1.9/ -0.13 V
スズ=1.8/ -1.07 V
鉄=1.8/ -0.04 V
銅=1.9/ 0.159 V
シルバー=1.9/ 1.98 V
ゴールド=2.4/ 1.83 V
カーボン=2.5/ 0.13 V
金属がバッテリー電圧を決定します。それらは塩水に浸した湿った紙で分離されました。
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同じ年に、ボルタはロンドン王立学会に継続的な電力源の発見を発表しました。実験はもはや、ほんの一瞬続く火花の短い表示に限定されていませんでした。無限の電流の流れが今や可能であるように思われました。
フランスは、ボルタの発見を公式に認めた最初の国の1つでした。これは、フランスが科学の進歩の頂点に近づいており、新しいアイデアが両手を広げて歓迎され、国の政治的議題を支援するのに役立った時期でした。招待により、ボルタはナポレオン・ボナパルトが研究所のメンバーとして出席した一連の講義でフランス研究所に演説しました（図4を参照）。

図4：フランス研究所でのVoltaの実験
ボルタの発見は世界に非常に感銘を与えたため、1800年11月、フランス国立研究所はナポレオンボナパルトが参加したイベントで彼を講義に招待しました。ナポレオンは実験を手伝い、バッテリーから火花を引き出し、鋼線を溶かし、電気ピストルを放電し、水をその要素に分解しました。
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1800年、鉱夫の安全ランプの発明者であるハンフリーデービー卿は、電気の化学的効果のテストを開始し、物質に電流を流すと分解が起こることを発見しました。このプロセスは後に電気分解と呼ばれました。彼はロンドンの王立研究所の金庫室に世界最大で最も強力な電池を設置することによって新しい発見をしました。バッテリーを木炭電極に接続すると、最初の電灯が生成されました。目撃者は、彼のボルタアークランプが「これまでに見た中で最も輝かしい上昇する光のアーチ」を生み出したと報告しました。
1802年、ウィリアム・クルックシャンクは大量生産用の最初の電池を設計しました。 Cruickshankは、同じサイズの亜鉛のシートサイズで銅の正方形のシートを配置しました。これらのシートを長い長方形の木箱に入れ、はんだ付けしました。ボックスの溝が金属板を所定の位置に保持し、次に密封されたボックスにブラインの電解質または水を含ませた酸を充填した。これは、今日も私たちと一緒にいる浸水したバッテリーに似ていました。図5は、Cruickshankのバッテリーワークショップを示しています。

図5：Cruickshankと最初の浸水したバッテリー。英国の化学者であるウィリアム・クルックシャンクは、電解液で満たされた木箱に亜鉛と銅のプレートを結合することにより、電気セルのバッテリーを構築しました。この浸水した設計には、使用しても乾燥しないという利点があり、Voltaのディスク配置よりも多くのエネルギーを提供しました。
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二次電池の発明
1836年、英国の化学者であるジョンF.ダニエルは、以前のデバイスよりも安定した電流を生成する改良されたバッテリーを開発しました。この時まで、すべてのバッテリーは一次電池でした。つまり、充電できませんでした。 1859年、フランスの物理学者ガストンプランテが最初の充電式バッテリーを発明しました。それは、現在でも使用されているシステムである鉛蓄電池に基づいていました。
1899年、スウェーデンのWaldemar Jungnerは、正極（カソード）にニッケルを使用し、負極（アノード）にカドミウムを使用するニッケルカドミウム電池（NiCd）を発明しました。鉛酸と比較して高い材料費はその使用を制限し、2年後、トーマス・エジソンはカドミウムを鉄に置き換えることによって代替設計を生み出しました。低い比エネルギー、低温での性能の低下、および高い自己放電は、ニッケル鉄電池の成功を制限していました。 SchlechtとAckermannが焼結ポールプレートを発明することにより、より高い負荷電流を達成し、NiCdの寿命を改善したのは、1932年になってからでした。 1947年、GeorgNeumannはセルの密閉に成功しました。
長年にわたり、NiCdはポータブルアプリケーション用の唯一の充電式バッテリーでした。 1990年代に、ヨーロッパの環境保護論者は、NiCdが不注意に処分された場合の環境汚染について懸念するようになりました。彼らはこの化学的性質を制限し始め、消費者産業に環境に優しい電池であるニッケル水素（NiMH）に切り替えるように依頼しました。 NiMHはNiCdに似ており、多くの人がNiMHがより耐久性のあるリチウムイオン（Li-ion）への足がかりになると予測しています。
今日のほとんどの研究活動は、リチウムベースのシステムの改善を中心に展開しています。 Li-ionは、携帯電話、ラップトップ、デジタルカメラ、電動工具、医療機器に電力を供給するだけでなく、電気自動車にも使用されています。バッテリーには多くの利点があります。特に、比エネルギーが高く、充電が簡単で、メンテナンスが少なく、環境に優しいという利点があります。
磁性による電気
磁気を介して電気を生成する方法の発見は比較的遅れました。 1820年、アンドレ＝マリ・アンペール（1775–1836）は、電流を運ぶワイヤーが互いに引き付けられたり、はじかれたりすることに気づきました。 1831年、マイケルファラデー（1791〜1867）は、銅の円盤が強い磁場の中で回転しながら一定の電気の流れを提供する方法を示しました。ファラデーは、デイビーと彼の研究チームを支援し、コイルと磁石の間の動きが続く限り、無限の電気力を生成することに成功しました。これが発電機の発明につながり、プロセスを逆にすることで電気モーターが可能になりました。その後まもなく、交流（AC）を任意の電圧に変換する変圧器が開発されました。 1833年、ファラデーはファラデーの法則の基礎となる電気化学の基礎を確立しました。ファラデーの誘導の法則は、変圧器、インダクター、および多くの種類の電気モーターと発電機に関連する電磁気学に関連しています。
磁気との関係が理解されると、大型の発電機が安定した電気の流れを生み出し始めました。モーターがそれに続き、機械的な動きが可能になり、エジソン電球が暗闇を征服したように見えました。ジョージウェスティングハウスが1893年にシカゴ万国博覧会に火をつけた後、ウェスティングハウスはナイアガラフォールズからのエネルギーを電気に変換するために3つの大型発電機を建設しました。ニコラ・テスラが開発した三相AC技術により、送電線は長距離にわたって電力を運ぶことができました。このようにして、生活の質を向上させるために、電気が人類に広く利用可能になりました。

図6：250,000個の電球が、1893年のシカゴ万国博覧会を照らしています。
電灯の成功により、ナイアガラの滝に3台の大型水力発電機が建設されました。
ブルックリン美術館アーカイブの礼儀。グッドイヤーアーカイブコレクション
1900年代初頭の電子真空管の発明は、周波数発振器、信号増幅、およびデジタルスイッチングを可能にする、高度な技術に向けた重要な次のステップを形成しました。これが1920年代のラジオ放送と1946年のENIACと呼ばれる最初のデジタルコンピュータにつながりました。1947年のトランジスタの発見は10年後の集積回路の到来への道を開き、マイクロプロセッサは情報時代の到来を告げました。私たちの生活や働き方を永遠に変えます。
人類は電気に依存しており、移動性の向上に伴い、人々はますますポータブル電源に引き寄せられています。最初は車輪付きアプリケーション、次に携帯性、そして最後にウェアラブル用途です。初期のバッテリーがそうであったように厄介で信頼性が低いのと同じように、将来の世代は今日の技術を不器用な実験に過ぎないと見なすかもしれません。