Historia e krijimit të baterive të para. Kush e shpiku baterinë - kur u shpik? Historia e shpikjes së baterisë
Sot është shumë e vështirë të imagjinoni jetën tuaj pa pajisje elektrike. Për më tepër, ne nuk po flasim as për pajisje shtëpiake të mëdha, por për pajisje të vogla që e bëjnë jetën shumë më të rehatshme. Orë muri, telekomandë, elektrik dore dhe shumë pajisje të tjera të vogla me të cilat jemi mësuar, mundësohen nga një bateri portative. Për të siguruar funksionimin e tyre të qëndrueshëm, ju vetëm duhet blini bateri të rimbushshme... Por ky burim energjie u shfaq jo shumë kohë më parë!Historia e krijimit të baterisë
Hapi i parë drejt shfaqjes së një baterie u bë nga një shkencëtar nga Italia Luigi Galvani, i cili studioi reagimet e organizmave të gjallë ndaj ndikimeve të ndryshme. Thelbi i zbulimit të tij ishte se një rrymë rrjedh nëpër këmbën e një bretkosë kur dy shirita të llojeve të ndryshme të metaleve janë ngjitur në të. Shkencëtari nuk mund të shpjegonte atë që pa, por rezultatet e punës së tij ishin shumë të dobishme për një studiues tjetër - Alessandro Volta.
Ky italian ishte në gjendje të zbulonte thelbin e procesit dhe kuptoi se shfaqja e një rryme lehtësohet nga një reaksion kimik që ndodh midis metaleve të ndryshme në një mjedis të caktuar. Duke vendosur një pllakë zinku dhe bakri në një solucion të kripur, ai krijoi baterinë e parë parësore në botë, e cila, pas rishikimit, u quajt "Shtylla Voltaike". Kjo ishte në 1800.
Bateria e parë u shfaq shumë më vonë - në 1859, kur francezi Gaston Planté përsëriti eksperimentin e kolegut të tij, duke përdorur një zgjidhje të dobët të acidit sulfurik dhe dy pllaka plumbi. Veçori e kësaj baterie ishte se kërkonte rimbushje nga një burim i rrymës direkte, dhe më pas vetë i dha ngarkesën e marrë për të krijuar energji elektrike.
Data të tjera të rëndësishme në historinë e baterisë
1865 - Shkencëtari francez J.L. Leclanchet krijoi një qelizë mangan -zink me një zgjidhje të kripur.1880 - F. Lalande përmirësoi shpikjen e bashkatdhetarit të tij, duke përdorur një elektrolit të trashë.
Vitet 40 të shekullit XX - u zhvilluan elementë argjend -zink.
Vitet 50 të shekullit XX-u shfaq një element mangan-zink me një zgjidhje alkaline, si dhe elementë merkuri-zink.
Vitet 60 të shekullit XX - filloi prodhimi i baterive të ajrit të zinkut.
Vitet 70 të shekullit XX - burimet e energjisë litiumi u përdorën për herë të parë.
Çfarë kanë të përbashkët telefonat inteligjentë, laptopët, elektrik dore, lodrat lëvizëse interaktive për fëmijët dhe orët? Përgjigja është e thjeshtë - një bateri. Falë rrathëve, cilindrave dhe drejtkëndëshave që nuk bien në sy ne mund t'i përdorim të gjitha këto.
Sa vjet kanë kaluar nga shpikja e baterisë? Shumica do të thonë se opsionet e para u shfaqën në fundi i XVIII shekulli. Quiteshtë mjaft e arsyeshme, sepse në 1798 konti italian Alessandro Volta ndërtoi baterinë e parë primitive, të quajtur "shtylla Voltaike". Ai palosi disqe zinku dhe bakri dhe i ndau me liri të njomur në alkali ose acid. Kjo "kullë" ishte gjysmë metër e lartë. Por! Ka dëshmi se origjina e baterisë është më e vjetër. Mostra e parë primitive ishte e njohur për njerëzit 2000 vjet më parë.
Në mesin e shekullit të 20 -të (1938), gjatë gërmimeve në Irak, Wilhelm Koenig gjeti një tenxhere balte të lartë 13 cm me një cilindër bakri në të cilin ishte futur një shufër prej metali tjetër. Arkeologët kanë sugjeruar se kjo është bateria më e vjetër.
Sidoqoftë, si e përdorën saktësisht banorët e Irakut të lashtë këtë enë, ne nuk e dimë më. Por dihet shumë për italianin Luigi Galvani dhe energjinë elektrike të kafshëve. Ai vuri re se trupi i bretkosës dridhej nëse prekte dy elementë metalikë ose ndodhej pranë një makine elektrike dhe shkëndijat fluturonin jashtë saj. Luigi sugjeroi që energjia elektrike është në trupin e kafshës.
Ishin eksperimentet e tij me këmbët e bretkosës që e shtynë Voltën të kërkojë një burim të rrymës elektrike. Ai kreu një seri testesh dhe vuri re se nëse trupi i kafshës binte në kontakt me objekte të bëra nga i njëjti metal, atëherë asgjë nuk ndodhte, por nëse metalet ishin të ndryshëm, atëherë shfaqet efekti i dëshiruar. Duke ndërtuar kullën e tij me pllaka metalike, ai vërtetoi se rryma elektrike nuk ndodh në indet e kafshëve. Eksperimentet kanë treguar se arsyeja për gjithçka janë reaksionet kimike midis metaleve të ndryshme të lidhura nga një përcjellës (Galvani kishte trupin e një bretkosë në kapacitetin e tij).
Të dy italianët u bënë të famshëm, dhe emrat e tyre iu dhanë njësisë së matjes së tensionit Volt dhe drejtpërdrejt vetë "qelizës galvanike".
Historia e baterisë
Shumë pak kohë ka kaluar që nga zbulimi i baterisë, ose më mirë, stërgjyshja e saj, dhe në 1836 anglezi George Frederick Daniel zgjidhi problemin kryesor të "kolonës voltaike"-gërryerjen.Në 1859, francezi Gaston Planté krijoi një bateri, domethënë stërgjyshin e tij. Ai përdori acid sulfurik dhe pllaka plumbi. Avantazhi i pajisjes së krijuar ishte se, pasi u karikua nga një burim aktual i drejtpërdrejtë, ai tashmë e dha atë dhe u bë një burim energjie.
Viti 1868 mund të konsiderohet fatal. Kimisti francez Georges Leclanchet krijoi paraardhësin "të lëngshëm" të qelizës së baterisë "të thatë". Pas 20 vjetësh, gjermani Karl Gassner u përpoq dhe mori të njëjtën gjë "të thatë". Pothuajse në gjithçka ishte e ngjashme me versionin modern.
Pas kësaj, historia e prodhimit të baterive mori vetëm vrull. Qelizat galvanike kanë zëvendësuar bateritë e nikel-kadmiumit dhe nikel-metalit të hidridit. Detyra kryesore e shkencëtarëve ishte rritja e kapacitetit dhe jetës së shërbimit, si dhe zvogëlimi i madhësisë. Zgjidhja e problemit ishte shfaqja e baterive litium-jon dhe litium-polimer. Ata mbajnë një ngarkesë për një kohë të gjatë pa probleme, ato dallohen nga kapaciteti i tyre i madh dhe madhësia e vogël.
Historia e zhvillimit të baterive vazhdon. Shkencëtarët po kërkojnë një bateri "të përjetshme" dhe, me shumë mundësi, ata së shpejti do ta gjejnë atë.
Bateritë elektrike vijnë në të gjitha format, fuqitë dhe madhësitë, nga një kunj në disa qindra metra katrorë. Në sistemet e energjisë, ekzistojnë bateri shumë të fuqishme të plumbit dhe nikel-kadmiumit të përdorura si burime rezervë të energjisë ose për barazimin e ngarkesave elektrike.
Bateria më e madhe e tillë është porositur në 2003 në Fairbanks, Alaska, SHBA; ai përbëhet nga 13,760 qeliza nikel-kadmium dhe lidhet nëpërmjet një inverteri dhe një transformatori në një rrjet 138 kV. Tensioni nominal i baterisë është 5230 V dhe kapaciteti i energjisë është 9 MWh; jeta e shërbimit të elementeve është nga 20 në 30 vjet. 99% e kohës punon si kompensues i fuqisë reaktive, por nëse është e nevojshme, mund të furnizojë rrjetin me energji 46 MW për tre minuta (ose fuqi 27 MW për 15 min). Masa e përgjithshme e baterisë është 1500 t, dhe prodhimi i saj kushtoi 35 milion dollarë. Në rast emergjence, do të jetë në gjendje të furnizojë me energji elektrike një qytet prej 12,000 banorësh për 7 minuta. Ka bateri të rimbushshme me kapacitet edhe më të madh të ruajtjes; një bateri e tillë (kapaciteti i energjisë 60 MWh) është instaluar si një burim energjie rezervë në Kaliforni (Kaliforni, SHBA) dhe mund të furnizojë me energji 6 MW në rrjet për 6 orë.
Kur u shfaqën bateritë e para elektrike?
Bateritë e para u shfaqën që në 250 para Krishtit. Parthianët që jetonin në zonën e Bagdadit bënë bateri primitive. Një enë prej balte u mbush me uthull (elektrolit), pastaj u vendos një cilindër bakri dhe një shufër hekuri, skajet e të cilit u ngritën mbi sipërfaqe. Bateri të tilla u përdorën për elektroplatim argjendi.
Sidoqoftë, deri në fund të viteve 1700, shkencëtarët nuk kryen eksperimente serioze me prodhimin, ruajtjen dhe transmetimin e energjisë elektrike. Përpjekjet për të krijuar një rrymë elektrike të vazhdueshme dhe të kontrolluar nuk kanë qenë të suksesshme.
Në 1800, fizikani italian Alessandro Volta krijoi baterinë e parë moderne, të njohur si shtylla volta.
Kjo pajisje ishte një cilindër me pllaka bakri dhe zinku të vendosura brenda, i rrethuar nga një elektrolit i përbërë nga uthull dhe shëllirë. Pllakat ishin grumbulluar në mënyrë alternative dhe nuk preknin njëra -tjetrën. Si rezultat i një reaksioni kimik, energjia elektrike filloi të prodhohej. Avantazhi më i rëndësishëm i shpikjes së tij ishte se, ndryshe nga eksperimentet e mëparshme, rryma në kolonë ishte e ulët dhe forca e saj mund të kontrollohej.
Jeta moderne dominohet nga energjia elektrike, e cila është kudo. Scshtë e frikshme të mendosh se çfarë do të ndodhë nëse të gjitha pajisjet elektrike papritmas zhduken ose dështojnë. Termocentralet e llojeve të ndryshme, të shpërndara në të gjithë botën, furnizojnë rregullisht rrymë në rrjetet elektrike që fuqizojnë pajisjet në prodhim dhe në jetën e përditshme. Sidoqoftë, një person është bërë në atë mënyrë që ai kurrë të mos jetë i kënaqur me atë që ka. Të jesh i lidhur me një prizë elektrike është shumë e pakëndshme. Shpëtimi në këtë situatë janë pajisjet që furnizojnë rrymën me elektrik dore, telefona celularë, kamera dhe pajisje të tjera që përdoren në një distancë nga burimi i energjisë elektrike. Edhe fëmijët e vegjël e dinë se emri i tyre është bateri.
Duke folur rreptësisht, emri i zakonshëm "bateri" nuk është plotësisht i saktë. Ai kombinon disa lloje të burimeve të energjisë elektrike menjëherë, të destinuara për furnizimin autonom të energjisë të pajisjes. Mund të jetë një qelizë e vetme galvanike, një bateri, ose lidhja e disa qelizave të tilla në një bateri për të rritur tensionin që duhet hequr. Ishte ky kompleks që krijoi emrin e njohur për veshin tonë.
Bateritë dhe qelizat galvanike dhe akumulatorët janë një burim kimik i rrymës elektrike. Burimi i parë i tillë u shpik, siç ndodh shpesh në shkencë, rastësisht nga mjeku dhe fiziologu italian Luigi Galvani në fund të shekullit të 18 -të.
Edhe pse energjia elektrike si fenomen ka qenë e njohur për njerëzimin që nga kohërat e lashta, për shumë shekuj këto vëzhgime nuk kishin zbatim praktik. Vetëm në vitin 1600, fizikani anglez William Gilbert botoi punën shkencore "Për magnetin, trupat magnetikë dhe magnetin e madh të Tokës", e cila përmblodhi të dhënat mbi elektricitetin dhe magnetizmin e njohur në atë kohë, dhe në 1650 Otto von Guericke krijoi një makinë elektrostatike , e cila ishte një top squfuri i vendosur në një shufër metalike. Një shekull më vonë, holandezi Peter van Muschenbruck ishte i pari që grumbulloi një sasi të vogël të energjisë elektrike me ndihmën e "kavanozit Leyden" të kondensatorit të parë. Sidoqoftë, ishte shumë e vogël për eksperimente serioze. Shkencëtarë të tillë si Benjamin Franklin, Georg Richman, John Walsh ishin të angazhuar në kërkimin e energjisë elektrike "natyrore". Ishte puna e këtij të fundit mbi rrezet elektrike që interesoi Galvanin.
Qëllimi i vërtetë i eksperimentit të famshëm Galvani, i cili revolucionarizoi fiziologjinë dhe mbishkroi përgjithmonë emrin e tij në shkencë, tani askush nuk do ta mbajë mend. Galvani e ndau bretkosën dhe e vendosi në një tavolinë me një makinë elektrostatike. Ndihmësi i tij preku aksidentalisht nervin femoral të bretkosës me majën e bisturisë dhe muskuli i vdekur papritmas u kontraktua. Një asistent tjetër vuri re se kjo ndodh vetëm kur një shkëndijë hiqet nga makina.
Frymëzuar nga zbulimi, Galvani filloi të hetojë në mënyrë metodike fenomenin e zbuluar, aftësinë e një ilaçi të vdekur për të demonstruar kontraktimet e jetës nën ndikimin e energjisë elektrike. Pas kryerjes së një sërë eksperimentesh, Galvani mori një rezultat veçanërisht interesant duke përdorur grepa bakri dhe një pjatë argjendi. Nëse grepi që mban këmbën prekte pjatën, këmba, duke prekur pllakën, menjëherë kontraktohet dhe ngrihet. Pasi humbi kontaktin me pllakën, muskujt e putrës u qetësuan menjëherë, ajo përsëri u ul në pjatë, përsëri u kontraktua dhe u ngrit.
Luigi Galvani. Ilustrim i revistës. Francës. 1880 g
Pra, si rezultat i një sërë eksperimentesh të mundimshme, u zbulua një burim i ri i energjisë elektrike. Vetë Galvani, megjithatë, nuk mendoi se arsyeja për fenomenin që zbuloi ishte kontakti i metaleve të ndryshëm. Sipas mendimit të tij, vetë muskuli shërbeu si burimi i rrymës, i cili ishte i ngazëllyer nga veprimi i trurit i transmetuar përgjatë nervave. Zbulimi i Galvanit shkaktoi një ndjesi dhe çoi në shumë eksperimente në degë të ndryshme të shkencës. Ndër ndjekësit e fiziologut italian ishte fizikani i tij bashkatdhetar Alessandro Volta.
Në 1800, Volta jo vetëm që dha një shpjegim të saktë të fenomenit të zbuluar nga Galvani, por gjithashtu krijoi një pajisje që u bë burimi i parë artificial artificial në botë i rrymës elektrike, paraardhësi i të gjitha baterive moderne. Ai përbëhej nga dy elektroda të një anode që përmbajnë një agjent oksidues dhe një katodë që përmban një agjent reduktues në kontakt me një elektrolit (kripë, acid ose tretësirë alkali). Diferenca e mundshme që lind midis elektrodave korrespondonte në këtë rast me energjinë e lirë të reaksionit redoks (elektrolizë), gjatë së cilës kationet e elektroliteve (jonet me ngarkesë pozitive) zvogëlohen, dhe anionet (jonet e ngarkuar negativisht) oksidohen në elektrodat përkatëse Me Reagimi mund të fillojë vetëm nëse elektrodat janë të lidhura me një qark të jashtëm (Volta i lidhi ato me një tel të zakonshëm), përgjatë të cilit elektronet e lira kalojnë nga katoda në anodë, duke krijuar kështu një rrymë shkarkimi. Dhe megjithëse bateritë moderne kanë pak të përbashkëta me pajisjen Volta, parimi i funksionimit të tyre mbetet i pandryshuar: këto janë dy elektroda të zhytura në një zgjidhje elektroliti dhe të lidhura me një qark të jashtëm.
Shpikja e Voltës i dha një shtysë të rëndësishme kërkimit lidhur me energjinë elektrike. Në të njëjtin vit, shkencëtarët William Nicholson dhe Anthony Carlisle, duke përdorur elektrolizë, dekompozuan ujin në hidrogjen dhe oksigjen, pak më vonë Humphrey Davy zbuloi kalium metalik në të njëjtën mënyrë.
Eksperimentet e Galvanit me një bretkocë. Gdhendje 1793
Por para së gjithash, qelizat galvanike janë padyshim burimi më i rëndësishëm i rrymës elektrike. Nga mesi i shekullit XIX, kur u shfaqën pajisjet e para elektrike, filloi prodhimi masiv i baterive kimike.
Të gjithë këta elementë mund të ndahen në dy lloje kryesore: parësore, në të cilën reaksioni kimik është i pakthyeshëm dhe sekondar, i cili mund të rimbushet.
Ajo që dikur e quanim bateri është një burim kimik kryesor i rrymës, me fjalë të tjera, një element i pa rimbushshëm. Bateritë e para të lëshuara në prodhim masiv ishin bateri mangan-zink të shpikura në 1865 nga francezi Georges Leclanche me kripur dhe më pas me një elektrolit të trashë. Deri në fillim të viteve 1940, ishte praktikisht lloji i vetëm i qelizave elektrokimike të përdorura, të cilat, për shkak të kostos së ulët, janë ende të përhapura. Bateri të tilla quhen qeliza të thata ose qeliza zink-karbon.
Një bateri gjigante elektrike e projektuar nga W. Wollaston për eksperimentet e H. Davy.
Skema e funksionimit të një burimi artificial kimik artificial A. Volta.
Në 1803, Vasily Petrov krijoi polin më të fuqishëm voltaik në botë, duke përdorur 4200 qarqe metalike. Ai arriti të zhvillojë një tension prej 2500 volt, dhe gjithashtu zbuloi një fenomen kaq të rëndësishëm si një hark elektrik, i cili më vonë u përdor në saldimin elektrik, si dhe për siguresat elektrike të eksplozivit.
Por përparimi i vërtetë teknologjik ishte ardhja e baterive alkaline. Megjithëse ato nuk ndryshojnë shumë nga elementët Leclanchet në përbërjen kimike, dhe tensioni i tyre nominal është rritur pak në krahasim me qelizat e thata, për shkak të një ndryshimi themelor të modelit, qelizat alkaline mund të zgjasin katër deri në pesë herë më shumë se ato të thata, megjithatë, në varësi të disa kushtet.
Detyra më e rëndësishme në zhvillimin e baterive është rritja e kapacitetit specifik të qelizës duke zvogëluar madhësinë dhe peshën e saj. Për këtë, kërkimi për sisteme të reja kimike po vazhdon vazhdimisht. Qelizat kryesore më të teknologjisë së lartë sot janë litiumi. Kapaciteti i tyre është dyfishi i qelizave të thata dhe jeta e tyre e shërbimit është dukshëm më e gjatë. Përveç kësaj, nëse bateritë e thata dhe alkaline shkarkohen gradualisht, bateritë litium mbajnë tensionin për pothuajse të gjithë jetën e shërbimit dhe vetëm atëherë papritmas e humbin atë. Por edhe bateria më e mirë nuk mund të krahasohet në efikasitet me një bateri të ringarkueshme, parimi i së cilës bazohet në kthyeshmërinë e një reaksioni kimik.
Ata filluan të mendojnë për mundësinë e krijimit të një pajisjeje të tillë në shekullin XIX. Në 1859, francezi Gaston Planté shpiku baterinë me acid plumbi. Rryma elektrike në të lind si rezultat i reagimeve të plumbit dhe dioksidit të plumbit në një mjedis të acidit sulfurik. Gjatë gjenerimit aktual, një bateri e shkarkuar konsumon acid sulfurik për të formuar sulfat plumbi dhe ujë. Për ta ngarkuar atë, keni nevojë për një rrymë të marrë nga një burim tjetër, kaloni nëpër qark në drejtim të kundërt, ndërsa uji do të përdoret për të formuar acid sulfurik me lëshimin e plumbit dhe dioksidit të plumbit.
Përkundër faktit se parimi i funksionimit të një baterie të tillë u përshkrua shumë kohë më parë, prodhimi i tij në masë filloi vetëm në shekullin e 20 -të, pasi që për të rimbushur pajisjen kërkohet një rrymë e tensionit të lartë, si dhe respektimi i një numri të kushte të tjera. Me zhvillimin e rrjeteve të energjisë, bateritë me acid plumbi janë bërë të domosdoshëm dhe përdoren ende sot në makina, karroca, tramvaje dhe mjete të tjera të transportit elektrik, si dhe për furnizim me energji emergjente.
Shumë pajisje të vogla shtëpiake gjithashtu funksionojnë me bateri të rimbushshme "bateri të ripërdorshme" që janë në të njëjtën formë si qelizat galvanike të rimbushshme. Zhvillimi i elektronikës varet drejtpërdrejt nga përparimet në këtë fushë.
Bateria J. Leclanche.
Bateri e thatë.
Telefoni celular, aparati dixhital, navigatori, kompjuteri celular dhe pajisje të tjera të ngjashme në shekullin XXI. nuk do të habitni askënd, megjithatë, pamja e tyre u bë e mundur vetëm me shpikjen e baterive kompakte me cilësi të lartë, kapaciteti dhe jeta e shërbimit të së cilës ata po përpiqen të rriten çdo vit.
Bateritë me nikel-kadmium dhe nikel-metal hidrid ishin të parët që zëvendësuan qelizat galvanike. Pengesa e tyre e rëndësishme ishte "efekti i kujtesës" - një rënie në kapacitet, nëse karikimi kryhej me një bateri të shkarkuar jo plotësisht. Për më tepër, ata gradualisht humbën ngarkesën e tyre edhe në mungesë të një ngarkese. Këto probleme janë adresuar kryesisht me zhvillimin e baterive litium-jon dhe litium-polimer, të cilat tani janë të kudogjendura në pajisjet mobile. Kapaciteti i tyre është shumë më i lartë, ata ngarkojnë pa humbje në çdo kohë dhe e mbajnë ngarkesën mirë në gjendje gatishmërie.
Disa vjet më parë, thashethemet dolën në media se shkencëtarët amerikanë ishin afër shpikjes së një "baterie të përhershme" të një qelize beta-voltaike, burimi i energjisë i së cilës janë izotopet radioaktive që lëshojnë grimca beta. Supozohet se një burim i tillë energjie do të lejojë që një celular ose laptop të punojë pa rimbushur deri në 30 vjet. Për më tepër, pas skadimit të jetës së tij të shërbimit, bateria jo toksike dhe jo radioaktive do të mbetet absolutisht e sigurt. Shfaqja e kësaj pajisje mrekullie, e cila, pa dyshim, do të revolucionarizonte industrinë, do të godiste xhepat e prodhuesve tradicionalë të baterive, ndoshta, kjo është arsyeja pse ajo ende nuk është në raftet.
Një pajisje moderne për karikimin e qelizave AA të rimbushshme.
