แบตเตอรี่ถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อใด

แบตเตอรี่ถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อใด

มหาวิทยาลัยแบตเตอรี่

หนึ่งในการค้นพบที่แปลกใหม่และน่าทึ่งที่สุดในช่วง 400 ปีที่ผ่านมาคือกระแสไฟฟ้า เราอาจถามว่า “ไฟฟ้ามีอยู่นานขนาดนั้นเลยหรือ?” คำตอบคือใช่ และอาจนานกว่านั้นมาก แต่การใช้งานจริงนั้นใช้ได้ตั้งแต่ช่วงกลางถึงปลายทศวรรษที่ 1800 และในตอนแรกมีข้อจำกัด งานสาธารณะชิ้นแรกสุดที่ได้รับความสนใจคือการให้ความกระจ่างแก่งาน World Columbia Exposition ที่ชิคาโกในปี 1893 ด้วยหลอดไฟ 250,000 ดวง และการส่องสว่างสะพานข้ามแม่น้ำแซนระหว่างงาน 1900 World Fair ที่ปารีส
การใช้ไฟฟ้าอาจย้อนกลับได้อีก ขณะสร้างทางรถไฟในปี 1936 ใกล้กรุงแบกแดด คนงานได้ค้นพบสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นแบตเตอรี่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ หรือที่รู้จักในชื่อ Parthian Battery วัตถุนี้มีอายุย้อนไปถึงสมัยภาคีและเชื่อกันว่ามีอายุ 2,000 ปี แบตเตอรีประกอบด้วยโถดินเผาที่เติมน้ำส้มสายชูใส่แท่งเหล็กที่ล้อมรอบด้วยกระบอกทองแดง อุปกรณ์นี้ผลิตไฟฟ้าได้ 1.1 ถึง 2.0 โวลต์ รูปที่ 1 แสดงภาพแบตเตอรี่ของภาคี

รูปที่ 1: แบตเตอรี่ของภาคี โถดินเผาของแบตเตอรี่ยุคก่อนประวัติศาสตร์มีแท่งเหล็กล้อมรอบด้วยกระบอกสูบทองแดง เมื่อเติมน้ำส้มสายชูหรือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ โถจะผลิตกระแสไฟฟ้า 1.1 ถึง 2 โวลต์
ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่ยอมรับ Parthian Battery ว่าเป็นแหล่งพลังงาน เป็นไปได้ว่าอุปกรณ์นี้ถูกใช้สำหรับการชุบด้วยไฟฟ้า เช่น การเพิ่มชั้นของทองหรือโลหะมีค่าอื่นๆ ลงบนพื้นผิว กล่าวกันว่าชาวอียิปต์มีพลวงไฟฟ้าบนทองแดงเมื่อ 4,300 ปีที่แล้ว หลักฐานทางโบราณคดีชี้ให้เห็นว่าชาวบาบิโลนเป็นคนแรกที่ค้นพบและใช้เทคนิคกัลวานิกในการผลิตเครื่องประดับโดยใช้อิเล็กโทรไลต์จากน้ำองุ่นไปจนถึงเครื่องเคลือบทอง ชาวพาร์เธียนซึ่งปกครองแบกแดด (ประมาณ 250 ปีก่อนคริสตกาล) อาจใช้แบตเตอรี่ในการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า
วิธีแรกสุดในการผลิตไฟฟ้าในยุคปัจจุบันคือการสร้างประจุไฟฟ้าสถิต ในปี ค.ศ. 1660 Otto von Guericke ได้สร้างเครื่องจักรไฟฟ้าโดยใช้ลูกโลกกำมะถันขนาดใหญ่ซึ่งเมื่อถูและหมุนแล้วจะดึงดูดขนและกระดาษชิ้นเล็ก ๆ Guericke สามารถพิสูจน์ได้ว่าประกายไฟที่เกิดขึ้นนั้นเป็นไฟฟ้าในธรรมชาติ
การใช้งานจริงครั้งแรกของไฟฟ้าสถิตคือ "ปืนพกไฟฟ้า" ซึ่ง Alessandro Volta (1745–1827) คิดค้นขึ้น เขาคิดว่าจะให้บริการการสื่อสารทางไกล แม้ว่าจะมีบูลีนเพียงบิตเดียว ลวดเหล็กที่รองรับด้วยเสาไม้จะต้องร้อยจากโคโมไปยังเมืองมิลาน ประเทศอิตาลี ที่ปลายด้านรับ ลวดจะสิ้นสุดลงในโถบรรจุก๊าซมีเทน ในการส่งสัญญาณรหัสเหตุการณ์ จะส่งประกายไฟด้วยสายไฟเพื่อจุดประสงค์ในการระเบิดปืนพกไฟฟ้า ลิงก์การสื่อสารนี้ไม่เคยสร้าง รูปที่ 1-2 แสดงการเรนเดอร์ดินสอของ Alessandro Volta

รูปที่ 2: Alessandro Volta ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ไฟฟ้า
การค้นพบการสลายตัวของน้ำโดยกระแสไฟฟ้าของโวลตาเป็นรากฐานของเคมีไฟฟ้า
ได้รับความอนุเคราะห์จาก Cadex

ในปี ค.ศ. 1791 ขณะทำงานที่มหาวิทยาลัยโบโลญญา ลุยจิ กัลวานี ค้นพบว่ากล้ามเนื้อของกบจะหดตัวเมื่อสัมผัสกับวัตถุที่เป็นโลหะ ปรากฏการณ์นี้กลายเป็นที่รู้จักในนามไฟฟ้าจากสัตว์ ด้วยการทดลองเหล่านี้ โวลตาจึงเริ่มชุดการทดลองโดยใช้สังกะสี ตะกั่ว ดีบุก และเหล็กเป็นเพลตบวก (แคโทด) และทองแดง เงิน ทอง และกราไฟต์เป็นแผ่นลบ (แอโนด) ความสนใจในไฟฟ้ากัลวานิกเริ่มแพร่หลายในไม่ช้า
แบตเตอรี่ต้น
โวลตาค้นพบในปี ค.ศ. 1800 ว่าของเหลวบางชนิดจะสร้างกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องเมื่อใช้เป็นตัวนำ การค้นพบนี้นำไปสู่การประดิษฐ์เซลล์ voltaic ตัวแรก หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าแบตเตอรี โวลตาค้นพบเพิ่มเติมว่าแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเมื่อเซลล์โวลตาอิกวางซ้อนกัน รูปที่ 3 แสดงการเชื่อมต่อแบบอนุกรมดังกล่าว

รูปที่ 1-3: สี่รูปแบบ
ของแบตเตอรี่ไฟฟ้าของโวลตา
โลหะในแบตเตอรี่มีผลทางไฟฟ้าต่างกัน โวลตาสังเกตว่าศักย์ศักย์ไฟฟ้ากับสารต่างกันจะแรงขึ้นเมื่อแยกออกจากกัน
ตัวเลขแรกในโลหะที่แสดงด้านล่างคือความสัมพันธ์ในการดึงดูดอิเล็กตรอน ประการที่สองคือศักย์มาตรฐานจากสถานะออกซิเดชันแรก
สังกะสี = 1.6 / -0.76 V
ตะกั่ว = 1.9 / -0.13 V
ดีบุก = 1.8 / -1.07 V
เหล็ก = 1.8 / -0.04 V
ทองแดง = 1.9 / 0.159 V
เงิน = 1.9 / 1.98 V
ทอง = 2.4 / 1.83 V
คาร์บอน = 2.5 / 0.13 V
โลหะเป็นตัวกำหนดแรงดันแบตเตอรี่ แยกจากกันด้วยกระดาษชุบน้ำเค็ม
ได้รับความอนุเคราะห์จาก Cadex
ในปีเดียวกันนั้น โวลตาได้เปิดเผยการค้นพบแหล่งไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องของเขาต่อราชสมาคมแห่งลอนดอน ไม่มีการทดลองอีกต่อไปที่จำกัดเพียงการแสดงประกายไฟสั้นๆ ที่กินเวลาเพียงเสี้ยววินาที กระแสไฟที่ไม่มีที่สิ้นสุดตอนนี้ดูเหมือนเป็นไปได้
ฝรั่งเศสเป็นหนึ่งในประเทศแรกๆ ที่ยอมรับการค้นพบของโวลตาอย่างเป็นทางการ นี่เป็นช่วงเวลาที่ฝรั่งเศสกำลังเข้าใกล้จุดสูงสุดของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ และแนวคิดใหม่ๆ ก็ได้รับการต้อนรับอย่างเปิดกว้าง ซึ่งช่วยสนับสนุนวาระทางการเมืองของประเทศ ตามคำเชิญ โวลตาพูดกับสถาบันฝรั่งเศสในการบรรยายชุดหนึ่งซึ่งมีนโปเลียน โบนาปาร์ตเข้าร่วมเป็นสมาชิกของสถาบัน (ดูรูปที่ 4)

รูปที่ 4: การทดลองของโวลตาที่สถาบันฝรั่งเศส
การค้นพบของโวลตาสร้างความประทับใจให้โลกมากจนในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 1800 สถาบันแห่งชาติฝรั่งเศสเชิญเขาไปบรรยายในเหตุการณ์ที่นโปเลียน โบนาปาร์ตเข้าร่วม นโปเลียนช่วยทำการทดลอง ดึงประกายไฟจากแบตเตอรี่ หลอมลวดเหล็ก ปล่อยปืนพกไฟฟ้า และสลายน้ำให้เป็นองค์ประกอบ
ได้รับความอนุเคราะห์จาก Cadex
ในปี ค.ศ. 1800 เซอร์ ฮัมฟรีย์ เดวี ผู้ประดิษฐ์โคมไฟนิรภัยของคนงานเหมือง ได้เริ่มทดสอบผลกระทบทางเคมีของไฟฟ้า และพบว่าการสลายตัวเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านสาร กระบวนการนี้ภายหลังเรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส เขาค้นพบสิ่งใหม่โดยการติดตั้งแบตเตอรี่ไฟฟ้าที่ใหญ่และทรงพลังที่สุดในโลกในห้องใต้ดินของ Royal Institution of London การต่อแบตเตอรี่เข้ากับขั้วไฟฟ้าถ่านทำให้เกิดแสงไฟฟ้าดวงแรก พยานรายงานว่าโคมโค้งโวลตาอิกของเขาทำให้เกิด
ในปี 1802 William Cruickshank ได้ออกแบบแบตเตอรี่ไฟฟ้าก้อนแรกสำหรับการผลิตจำนวนมาก Cruickshank จัดเรียงแผ่นทองแดงสี่เหลี่ยมด้วยสังกะสีขนาดเท่ากัน แผ่นเหล่านี้ถูกวางลงในกล่องไม้สี่เหลี่ยมยาวและบัดกรีเข้าด้วยกัน ร่องในกล่องยึดแผ่นโลหะให้อยู่ในตำแหน่ง จากนั้นกล่องที่ปิดสนิทจะเต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์ของน้ำเกลือหรือกรดที่รดน้ำ สิ่งนี้คล้ายกับแบตเตอรี่ที่ถูกน้ำท่วมซึ่งยังคงอยู่กับเราจนถึงทุกวันนี้ รูปที่ 5 แสดงการประชุมเชิงปฏิบัติการแบตเตอรี่ของ Cruickshank

รูปที่ 5: Cruickshank และแบตเตอรี่ก้อนแรกที่ถูกน้ำท่วม William Cruickshank นักเคมีชาวอังกฤษ สร้างแบตเตอรีของเซลล์ไฟฟ้าโดยเชื่อมแผ่นสังกะสีและทองแดงในกล่องไม้ที่บรรจุสารละลายอิเล็กโทรไลต์ การออกแบบที่ถูกน้ำท่วมนี้มีข้อดีคือไม่ทำให้แห้งเมื่อใช้งาน และให้พลังงานมากกว่าการจัดวางแผ่นดิสก์ของ Volta
ได้รับความอนุเคราะห์จาก Cadex
การประดิษฐ์แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้
ในปี ค.ศ. 1836 จอห์น เอฟ. แดเนียล นักเคมีชาวอังกฤษ ได้พัฒนาแบตเตอรี่ที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งให้กระแสไฟคงที่กว่าอุปกรณ์รุ่นก่อนๆ จนถึงขณะนี้ แบตเตอรี่ทั้งหมดเป็นแบตเตอรี่หลัก หมายความว่าไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ ในปี 1859 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Gaston Planté ได้คิดค้นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ก้อนแรก มันขึ้นอยู่กับกรดตะกั่วซึ่งเป็นระบบที่ยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้
ในปี 1899 Waldemar Jungner จากสวีเดนได้คิดค้นแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม (NiCd) ซึ่งใช้นิกเกิลสำหรับขั้วบวก (แคโทด) และแคดเมียมสำหรับขั้วลบ (แอโนด) ต้นทุนวัสดุที่สูงเมื่อเทียบกับกรดตะกั่วนั้นจำกัดการใช้ และอีกสองปีต่อมา Thomas Edison ได้ผลิตการออกแบบทางเลือกโดยแทนที่แคดเมียมด้วยเหล็ก พลังงานจำเพาะต่ำ ประสิทธิภาพต่ำที่อุณหภูมิต่ำ และการคายประจุในตัวเองสูงจำกัดความสำเร็จของแบตเตอรี่นิกเกิล-ไอออน จนกระทั่งปี 1932 Schlecht และ Ackermann ได้รับกระแสโหลดที่สูงขึ้นและปรับปรุงอายุการใช้งานของ NiCd โดยการประดิษฐ์แผ่นขั้วที่เผาผนึก ในปี 1947 Georg Neumann ประสบความสำเร็จในการปิดผนึกเซลล์
หลายปีที่ผ่านมา NiCd เป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้เพียงรุ่นเดียวสำหรับการใช้งานแบบพกพา ในปี 1990 นักอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมในยุโรปเริ่มกังวลเกี่ยวกับการปนเปื้อนสิ่งแวดล้อมหาก NiCd ถูกกำจัดอย่างไม่ระมัดระวัง พวกเขาเริ่มจำกัดคุณสมบัติทางเคมีนี้และขอให้อุตสาหกรรมผู้บริโภคเปลี่ยนไปใช้แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (NiMH) ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม NiMH นั้นคล้ายกับ NiCd และหลายคนคาดการณ์ว่า NiMH จะเป็นก้าวสำคัญของลิเธียมไอออน (Li-ion) ที่ทนทานกว่า
กิจกรรมการวิจัยส่วนใหญ่ในปัจจุบันเกี่ยวกับการปรับปรุงระบบที่ใช้ลิเธียม นอกจากการจ่ายไฟให้กับโทรศัพท์มือถือ แล็ปท็อป กล้องดิจิตอล เครื่องมือไฟฟ้า และอุปกรณ์ทางการแพทย์แล้ว Li-ion ยังใช้สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าอีกด้วย แบตเตอรี่มีประโยชน์หลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พลังงานจำเพาะสูง การชาร์จอย่างง่าย การบำรุงรักษาต่ำ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ไฟฟ้าผ่านแม่เหล็ก
การค้นพบวิธีผลิตไฟฟ้าด้วยสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นค่อนข้างช้า ในปี ค.ศ. 1820 อองเดร-มารี แอมแปร์ (ค.ศ. 1775–1836) สังเกตว่าสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าถูกดึงดูดในบางครั้ง และบางครั้งก็ผลักออกจากกัน ในปี ค.ศ. 1831 ไมเคิล ฟาราเดย์ (พ.ศ. 2334-2410) ได้สาธิตวิธีที่แผ่นทองแดงให้กระแสไฟฟ้าไหลคงที่ขณะหมุนในสนามแม่เหล็กแรงสูง ฟาราเดย์ ซึ่งช่วยเหลือเดวี่และทีมวิจัยของเขา ประสบความสำเร็จในการสร้างแรงไฟฟ้าที่ไม่มีที่สิ้นสุดตราบเท่าที่การเคลื่อนที่ระหว่างขดลวดกับแม่เหล็กยังคงดำเนินต่อไป สิ่งนี้นำไปสู่การประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและย้อนกลับกระบวนการที่เปิดใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้า หลังจากนั้นไม่นาน หม้อแปลงไฟฟ้าได้รับการพัฒนาเพื่อแปลงกระแสสลับ (AC) เป็นแรงดันไฟที่ต้องการ ในปี ค.ศ. 1833 ฟาราเดย์ได้ก่อตั้งรากฐานของเคมีไฟฟ้าโดยใช้กฎของฟาราเดย์ กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กไฟฟ้าที่เชื่อมโยงกับหม้อแปลงไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำ และมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายประเภท
เมื่อเข้าใจความสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ก็เริ่มผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง มอเตอร์เดินตามซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนไหวทางกล และหลอดไฟเอดิสันก็ดูเหมือนจะพิชิตความมืด หลังจากที่จอร์จ เวสติงเฮาส์จุดไฟให้นิทรรศการ World Columbian Exposition ของเมืองชิคาโกในปี 1893 เวสติ้งเฮาส์ได้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่สามเครื่องเพื่อเปลี่ยนพลังงานจากน้ำตกไนแองการ่าให้เป็นไฟฟ้า เทคโนโลยีไฟฟ้ากระแสสลับแบบสามเฟสที่พัฒนาโดยนิโคลา เทสลา ช่วยให้สายส่งไฟฟ้าสามารถขนส่งพลังงานไฟฟ้าได้ในระยะไกล ไฟฟ้าจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางสำหรับมนุษยชาติเพื่อปรับปรุงคุณภาพชีวิต

รูปที่ 6: หลอดไฟ 250,000 ดวงส่องสว่างนิทรรศการ World Columbian Exposition ของเมืองชิคาโกในปี 1893
ความสำเร็จของแสงไฟฟ้านำไปสู่การสร้างเครื่องกำเนิดพลังน้ำขนาดใหญ่สามเครื่องที่น้ำตกไนแองการ่า
ได้รับความอนุเคราะห์จากหอจดหมายเหตุพิพิธภัณฑ์บรูคลิน คอลเลกชันจดหมายเหตุกู๊ดเยียร์
การประดิษฐ์หลอดสุญญากาศแบบอิเล็กทรอนิกส์ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 ถือเป็นก้าวต่อไปที่สำคัญของเทคโนโลยีชั้นสูง ซึ่งทำให้เกิดออสซิลเลเตอร์ความถี่ การขยายสัญญาณ และสวิตชิ่งดิจิตอล สิ่งนี้นำไปสู่การกระจายเสียงทางวิทยุในปี ค.ศ. 1920 และคอมพิวเตอร์ดิจิตอลเครื่องแรกที่เรียกว่า ENIAC ในปี 1946 การค้นพบทรานซิสเตอร์ในปี 1947 ปูทางสำหรับการมาถึงของวงจรรวมในอีก 10 ปีต่อมา และไมโครโปรเซสเซอร์ก็เข้าสู่ยุคข้อมูลข่าวสาร เปลี่ยนวิถีชีวิตและการทำงานของเราไปตลอดกาล
มนุษยชาติต้องพึ่งพาไฟฟ้า และด้วยความคล่องตัวที่เพิ่มขึ้น ผู้คนต่างก็หันมาสนใจพลังงานแบบพกพามากขึ้นเรื่อยๆ อย่างแรกสำหรับการใช้งานแบบมีล้อ ต่อด้วยความสามารถในการพกพา และสุดท้ายคือการใช้งานแบบสวมใส่ได้ แม้ว่าแบตเตอรี่รุ่นแรกๆ จะดูอึดอัดและไม่น่าเชื่อถือก็ตาม คนรุ่นต่อๆ ไปอาจมองว่าเทคโนโลยีในปัจจุบันเป็นเพียงการทดลองที่เงอะงะเท่านั้น