Isidor Buchmann, Cade.Electronics, Inc
batteriet, dagens teknologiske nødvendighed, er resultatet af 400 års videnskabelig indsats.
en af de mest bemærkelsesværdige og nye opdagelser i de sidste 400 år er elektricitet. Man kan spørge ,” har elektricitet eksisteret så længe?”Svaret er ja og måske meget længere, men den praktiske brug af elektricitet har kun været til rådighed siden midten til slutningen af 1800-tallet., En af de tidlige elektriske attraktioner, der fik offentlig opmærksomhed, var en elektrisk oplyst bro over Seinen under verdensudstillingen i Paris 1900.
brugen af elektricitet kan gå meget længere tilbage. Under opførelsen af en ny jernbane i 1936 nær Bagdad afslørede arbejderne, hvad der syntes at være et forhistorisk batteri. Opdagelsen blev kendt som Bagdad eller Parthian batteri (Se figur 1) og antages at være 2000 år gammel, der går tilbage til den parthiske periode . Batteriet bestod af en lerkrukke fyldt med eddike., En jernstang omgivet af en kobbercylinder trængte ind i væsken og producerede 1, 1 til 2 V elektricitet.
ikke alle forskere accepterer Parthian-batteriet som en energikilde, fordi applikationen er ukendt. Det er muligt, at batteriet blev brugt til galvanisering af et lag guld eller andre ædle metaller på en overflade. Egypterne siges at have galvaniseret antimon på kobber for over 4300 år siden.
moderne Batterieksperimenter
den tidligste metode til at generere elektricitet var ved at inducere en statisk ladning i noget stof., I 1660 konstruerede Otto von Guericke (1602-1686) den første elektriske maskine bestående af en stor svovlklode, der, når den gnides og vendes, tiltrak fjer og små stykker papir. Guericke var i stand til at bevise, at gnisterne genererede var Elektriske i naturen. Den første praktiske anvendelse af statisk elektricitet var den “elektriske pistol”, som blev opfundet af Alessandro Volta (1745-1827). En elektrisk ledning blev anbragt i en krukke fyldt med metangas. Når en elektrisk gnist blev sendt gennem ledningen, ville krukken eksplodere.,
Volta (se figur 2) tænkte derefter på at bruge denne opfindelse til at tilvejebringe langdistancekommunikation, omend kun en boolsk bit. En jerntråd understøttet af træstænger skulle hænges fra Como til Milano, Italien. Ved den modtagende ende ville ledningen afslutte i en krukke fyldt med metangas. For at signalere en kodet begivenhed ville en elektrisk gnist blive sendt af ledningen for at detonere den elektriske pistol. Denne kommunikationsforbindelse blev aldrig bygget.,
i 1791, mens han arbejdede på University of Bologna, opdagede Luigi Galvani (1737-1798), at muskelen fra en frø blev kontraheret, når den blev rørt af forskellige metalliske genstande. Dette fænomen blev kendt som” dyrelektricitet ” — en misvisende, som det senere blev bevist. Tilskyndet af disse eksperimenter indledte Volta en række eksperimenter ved hjælp af forskellige metaller. Han forsøgte at kombinere positiveink, Bly, tin eller jern som positive plader og kobber, sølv, guld eller grafit som de negative plader.,
tidlige batterier
Volta opdagede i 1800, at visse væsker ville generere en kontinuerlig strøm af elektrisk strøm, når de kombineres med et par forskellige metaller. Denne opdagelse førte til opfindelsen af den første voltaiske celle, mere almindeligt kendt som et batteri. Volta opdagede yderligere, at spændingen ville stige, når voltaiske celler blev stablet oven på hinanden. Figur 3 illustrerer en sådan seriel forbindelse.i samme år frigav Volta sin opdagelse af en kontinuerlig kilde til elektricitet til Royal Society., Eksperimenter var ikke længere begrænset til en kort visning af gnister, der varede en brøkdel af et sekund. En tilsyneladende endeløs strøm af elektrisk strøm var nu tilgængelig.
Frankrig var en af de første nationer, der officielt anerkendte Voltas opdagelser. Frankrig nærmede sig højden af videnskabelige fremskridt, og nye ideer blev hilst velkommen med åbne arme. Ved invitation, Volta rettet Institut for Frankrig i en række foredrag, hvor Napoleon Bonaparte var til stede som medlem (se Figur 4)., Napoleon hjalp med eksperimenterne, tegner gnister fra batteriet, smelter en ståltråd, udleder en elektrisk pistol og nedbryder vand i dets elementer.
efter Galvanis succesfulde eksperimenter og opdagelsen af den voltaiske celle blev interessen for galvanisk elektricitet udbredt. Sir Humphry Davy (1778-1829), opfinder af minearbejderens sikkerhedslampe, gjorde nye opdagelser, da han installerede det største og mest kraftfulde elektriske batteri i hvælvingerne i Den Kongelige Institution. Han tilsluttede batteriet til kulelektroder og producerede det første elektriske lys., Vidner rapporterede, at hans voltaiske buelampe producerede “den mest strålende stigende lysbue nogensinde set.”
Davy begyndte at teste de kemiske virkninger af elektricitet i 1800 og fandt snart, at ved at føre elektrisk strøm gennem nogle stoffer, forekom nedbrydning, en proces senere kaldet elektrolyse. Den genererede spænding var direkte relateret til elektrolytens reaktivitet med metallet. Davy forstod, at virkningerne af elektrolyse og den voltaiske Celle var de samme.,
i 1802 designede Dr. .illiam Cruickshank det første elektriske batteri, der kunne masseproduceres. Cruickshank arrangeret firkantede plader af kobber med lige arkstørrelser af .ink. Disse plader blev anbragt i en lang rektangulær trækasse og loddet sammen. Riller i kassen holdt metalpladerne på plads. Den forseglede kasse blev derefter fyldt med en elektrolyt saltlage eller udvandet syre, der lignede det oversvømmede batteri, der stadig er hos os i dag (se figur 5).
genopladeligt batteri
i 1836 John F., Daniell, en engelsk kemiker, udviklede et forbedret batteri, der producerede en mere stabil strøm end Voltas enhed. Indtil da var alle batterier primære, hvilket betyder, at de ikke kunne genoplades. I 1859 opfandt den franske læge Gaston plant.det første genopladelige batteri. Det var baseret på bly og syre, et system, der stadig bruges i dag.
i 1899 opfandt Swedenaldmar Jungner fra Sverige nikkel-cadmiumbatteriet (NiCd), der brugte nikkel til den positive elektrode og cadmium til det negative., To år senere producerede Thomas Edison et alternativt design ved at erstatte cadmium med jern. Høje materialeomkostninger sammenlignet med tørceller eller blysyresystemer begrænsede de praktiske anvendelser af nikkel-cadmium-og nikkel-jernbatterier. Det var ikke før Shlecht og Ackermann opnået store forbedringer ved at opfinde den sintrede pole plade i 1932, NiCd fået ny opmærksomhed . Dette resulterede i højere belastningsstrømme og forbedret levetid. Gennembrudet kom i 1947, da det lykkedes Neumann at forsegle nikkel-cadmiumcellen fuldstændigt.,
i 1980 ‘erne og 1990’ erne var opmærksomheden på nikkelbaserede kemikalier. Bekymret over miljøforurening hvis NiCd var uforsigtigt bortskaffet, begyndte nogle europæiske lande at begrænse denne Kemi og bad industrien om at skifte til nikkelmetalhydrid (NiMH). Mange siger, at NiMH er et midlertidigt skridt til lithium-ion (Li-ion), og det kan godt være sandt. Meget af forskningen fokuserer på at forbedre lithium-ion-batterier. Udover at drive mobiltelefoner, bærbare computere, digitale kameraer, værktøjer og medicinsk udstyr, er Li-Ion også en kandidat til køretøjer., Li-ion har en række fordele, herunder en højere energitæthed, er lettere at oplade og har ikke vedligeholdelsesproblemer i modsætning til nikkelbaserede batterier. Li-ion lider heller ikke af sulfatering, der er almindelig med blybaserede systemer.
Elektricitet gennem Magnetisme
Elektricitet gennem magnetisme, en alternativ metode til at generere elektricitet udover statisk opladning, og batteriet kom relativt sent. I 1820 bemærkede Andr.-Marie amp .re (1775-1836), at ledninger, der bærer en elektrisk strøm, til tider blev tiltrukket og på andre tidspunkter frastødt fra hinanden., I 1831 demonstrerede Michael Faraday (1791-1867), hvordan en kobberskive gav en konstant strøm af elektricitet, mens den drejede i et stærkt magnetfelt. Faraday, der hjalp Davy og hans forskerteam, lykkedes at generere en endeløs elektrisk kraft, så længe bevægelsen mellem en spole og magnet fortsatte. Dette førte til opfindelsen af den elektriske generator og derefter den elektriske motor. Kort derefter blev der udviklet transformatorer, der kunne konvertere vekselstrøm (ac) til enhver ønsket spænding., I 1833 etablerede Faraday grundlaget for elektrokemi ved at offentliggøre sine elektrolyselove.
Når forholdet til magnetisme blev opdaget i midten af 1800-tallet, begyndte store generatorer at producere en stabil strøm af elektricitet. Motorer fulgte der aktiveret mekanisk bevægelse og Edison pære syntes at erobre mørke. Den trefasede ac-teknologi udviklet af Nikola Tesla (1857-1943) gjorde det muligt for transmissionsledninger at bære elektrisk strøm over store afstande. Elektricitet blev således stillet til rådighed for menneskeheden for at forbedre den generelle livskvalitet.,
opfindelsen af det elektroniske vakuumrør i begyndelsen af 1900-tallet var det betydelige næste skridt mod højteknologi, der muliggør udvikling af frekvensoscillatorer, signalforstærkninger og digital s .itching. Dette førte til radioudsendelse i 1920 ‘ erne og den første digitale computer kaldet ENIAC i 1946. Opdagelsen af transistoren i 1947 banede vejen til det integrerede kredsløb 10 år senere. Mikroprocessoren indvarslede informationsalderen og revolutionerede den måde, vi lever i dag.,
menneskeheden afhænger af elektricitet, og med øget mobilitet bevæger folk sig mere og mere mod bærbar strømlagring — først til hjulapplikationer, derefter bærbarhed og endelig bærbar brug. Så akavet og upålideligt som de tidlige batterier kan have været, kan fremtidige generationer se på nutidens teknologier som intet andet end klodsede eksperimenter.
historie af batteri udvikling.,
1600 William Gilbert (UK) Etablering af elektrokemi undersøgelse
1791 Luigi Galvani (Italien) Opdagelsen af “dyr elektricitet”
1800 Alessandro Volta (Italien) Opfindelse af voltaic celle
(zink og kobber diske)
1802 William Cruickshank (UK) Første elektriske batteri kan
af masseproduktion
1820 André Marie Ampère (Frankrig) Elektricitet gennem magnetisme
1833 Michael Faraday (UK) Bekendtgørelse af Faraday ‘ s love
1836 John F., forsegling
nikkel-cadmium-batteri
1949 Lew Uir, Eveready Batteri (USA) Opfindelsen alkaline-mangan
batteri
1970’erne Koncernens indsats for Udvikling af ventil regulerede
bly-syre batteri
1990 Koncernens indsats for Kommercialisering af nikkel-metal –
hydrid batteri
1991 Sony (Japan) Kommercialisering af
lithium-ion-batteri
1996 Moli Energy (Canada) Indførelsen af Li-ion
med mangan katoden
2005 Valence, A123 System (USA) Indførelse af Li-ion med
fosfat katoden
Illustrationer fra Cadex Electronics Inc.,
Isidor Buchmann er grundlægger og Administrerende Direktør for Cade.Electronics Inc, et canadisk firma med speciale i design og fremstilling af avancerede batteritestinstrumenter. Han har studeret opførslen af genopladelige batterier i praktiske, daglige applikationer i to årtier. Som prisbelønnet forfatter til mange artikler og bøger om emnet har hr.Buchmann leveret batterirelaterede tekniske artikler verden over. Du kan finde flere batterioplysninger på Cade. ‘ s battery university. Isidor kan kontaktes på 22000 Fraser .ood Wayay, Richmond, BC v6.1J6, Canada.