Isidor Buchmann, Cadex Electronics, Inc
la batería, necesidad tecnológica actual, es el resultado de 400 años de esfuerzo científico.
uno de los descubrimientos más notables y novedosos de los últimos 400 años es la electricidad. Uno puede preguntar, » ¿ha existido la electricidad tanto tiempo?»La respuesta es sí y quizás mucho más, pero el uso práctico de la electricidad solo ha estado a nuestra disposición desde mediados hasta finales de 1800., Una de las primeras atracciones eléctricas que atrajo la atención del público fue un puente iluminado eléctricamente sobre el río Sena durante la Feria Mundial de 1900 en París.
el uso de la electricidad puede remontarse mucho más atrás. Mientras construían un nuevo ferrocarril en 1936 cerca de Bagdad, los trabajadores descubrieron lo que parecía ser una batería prehistórica. El descubrimiento fue conocido como la batería de Bagdad o partos (Véase la Figura 1) y se cree que tiene 2000 años de antigüedad, que se remonta al período parto . La batería consistía en un frasco de arcilla lleno de vinagre., Una barra de hierro rodeada por un cilindro de cobre penetró en el líquido y produjo 1,1 A 2 V de electricidad.
no todos los científicos aceptan la batería parta como una fuente de energía porque la aplicación es desconocida. Es posible que la batería se haya utilizado para galvanizar una capa de oro u otros metales preciosos sobre una superficie. Se dice que los egipcios galvanizaron antimonio sobre cobre hace más de 4300 años.
experimentos modernos de baterías
el primer método de generación de electricidad fue mediante la inducción de una carga estática en alguna sustancia., En 1660, Otto von Guericke (1602-1686) construyó la primera máquina eléctrica que consistía en un gran globo de azufre que, cuando se frotaba y giraba, atraía plumas y pequeños trozos de papel. Guericke fue capaz de demostrar que las chispas generadas eran de naturaleza eléctrica. El primer uso práctico de la electricidad estática fue la «pistola eléctrica», que fue inventada por Alessandro Volta (1745-1827). Se colocó un cable eléctrico en un frasco lleno de gas metano. Cuando se enviaba una chispa eléctrica a través del cable, el frasco explotaba.,
Volta (ver Figura 2) luego pensó en usar esta invención para proporcionar comunicaciones de larga distancia, aunque solo un bit booleano. Un alambre de hierro sostenido por postes de madera iba a ser ensartada desde Como a Milán, Italia. En el extremo receptor, el cable terminaría en un frasco lleno de gas metano. Para señalar un evento codificado, una chispa eléctrica sería enviada por el cable para detonar la pistola eléctrica. Este enlace de comunicaciones nunca fue construido.,
en 1791, mientras trabajaba en la Universidad de Bolonia, Luigi Galvani (1737-1798) descubrió que el músculo de una rana se contraía cuando era tocado por objetos metálicos diferentes. Este fenómeno se conoció como «electricidad animal», un nombre inapropiado, como se demostró más tarde. Impulsado por estos experimentos, Volta inició una serie de experimentos utilizando metales diferentes. Intentó combinar zinc, plomo, estaño o hierro como placas positivas y cobre, plata, oro o grafito como placas negativas.,
Principios de Baterías
Volta descubrió en 1800 que ciertos fluidos generaría un flujo continuo de energía eléctrica cuando se combina con un par de metales disímiles. Este descubrimiento llevó a la invención de la primera célula voltaica, más comúnmente conocida como batería. Volta descubrió además que el voltaje aumentaría cuando las células voltaicas se apilaban unas encima de otras. La figura 3 ilustra dicha conexión en serie.
en el mismo año, Volta lanzó su descubrimiento de una fuente continua de electricidad a la Royal Society., Los experimentos ya no se limitaban a una breve exhibición de chispas que duraban una fracción de segundo. Un flujo aparentemente interminable de corriente eléctrica estaba Ahora Disponible.
Francia fue una de las primeras naciones en reconocer oficialmente los descubrimientos de Volta. Francia se acercaba a la cima de los avances científicos y las nuevas ideas fueron recibidas con los brazos abiertos. Por invitación, Volta se dirigió al Instituto de Francia en una serie de conferencias en las que Napoleón Bonaparte estuvo presente como miembro (ver Figura 4)., Napoleón ayudó con los experimentos, sacando chispas de la batería, fundiendo un alambre de acero, descargando una pistola eléctrica y descomponiendo el agua en sus elementos.
después de los experimentos exitosos de Galvani y el descubrimiento de la célula voltaica, el interés en la electricidad galvánica se generalizó. Sir Humphry Davy (1778-1829), inventor de la lámpara de seguridad del minero, hizo nuevos descubrimientos cuando instaló la batería eléctrica más grande y potente en las bóvedas de la Royal Institution. Conectó la batería a electrodos de carbón y produjo la primera luz eléctrica., Los testigos informaron que su lámpara de arco voltaico produjo » el arco ascendente de luz más brillante jamás visto.»
Davy comenzó a probar los efectos químicos de la electricidad en 1800 y pronto descubrió que al pasar la corriente eléctrica a través de algunas sustancias, se producía la descomposición, un proceso más tarde llamado electrólisis. El voltaje generado estaba directamente relacionado con la reactividad del electrolito con el metal. Davy entendió que las acciones de la electrólisis y la célula voltaica eran las mismas.,
en 1802, el Dr. William Cruickshank diseñó la primera batería eléctrica capaz de ser producida en masa. Cruickshank arregló hojas cuadradas de cobre con tamaños de hoja iguales de zinc. Estas hojas se colocaron en una larga caja rectangular de madera y se soldaron juntas. Las ranuras de la caja mantenían las placas de metal en su posición. La caja sellada se llenó entonces con un electrolito de salmuera, o ácido Aguado, parecido a la batería inundada que todavía está con nosotros hoy en día (ver Figura 5).
Batería Recargable
En 1836 John F., Daniell, un químico inglés, desarrolló una batería mejorada que producía una corriente más estable que el dispositivo de Volta. Hasta entonces, todas las baterías eran primarias, lo que significa que no se podían recargar. En 1859, el médico francés Gaston Planté inventó la primera batería recargable. Se basaba en el plomo y el ácido, un sistema que todavía se utiliza hoy en día.
en 1899, Waldmar Jungner de Suecia inventó la batería de níquel-cadmio (NiCd), que usaba níquel para el electrodo positivo y cadmio para el negativo., Dos años más tarde, Thomas Edison produjo un diseño alternativo reemplazando el cadmio por hierro. Los altos costos de materiales en comparación con las celdas secas o los sistemas de plomo-ácido limitaron las aplicaciones prácticas de las baterías de níquel-cadmio y níquel-hierro. No fue antes de que Shlecht y Ackermann lograran mejoras importantes inventando la placa de poste sinterizada en 1932 que NiCd ganó Nueva atención . Esto resultó en corrientes de carga más altas y una mayor longevidad. El avance se produjo en 1947 cuando Neumann logró sellar completamente la celda de níquel-cadmio.,
en las décadas de 1980 y 1990, la atención se centró en las químicas a base de níquel. Preocupados por la contaminación ambiental si el NiCd se eliminaba descuidadamente, algunos países europeos comenzaron a restringir esta química y pidieron a la industria que cambiara al hidruro metálico de níquel (NiMH). Muchos dicen que el NiMH es un paso intermedio hacia el ion-litio (Li-ion) y esto bien puede ser cierto. Gran parte de la investigación se centra en mejorar las baterías de iones de litio. Además de alimentar teléfonos celulares, computadoras portátiles, cámaras digitales, herramientas y dispositivos médicos, Li-ion también es un candidato para vehículos., Li-ion tiene una serie de beneficios que incluyen una mayor densidad de energía, es más fácil de cargar y no tiene problemas de mantenimiento a diferencia de las baterías a base de níquel. Tampoco el Li-ion sufre de sulfatación que es común con los sistemas basados en plomo.
electricidad a través del magnetismo
La electricidad a través del magnetismo, un método alternativo de generación de electricidad además de la carga estática y la batería, llegó relativamente tarde. En 1820, André-Marie Ampère (1775-1836) notó que los cables que llevaban una corriente eléctrica a veces eran atraídos y otras veces repelidos unos de otros., En 1831, Michael Faraday (1791-1867) demostró cómo un disco de cobre proporcionaba un flujo constante de electricidad mientras giraba en un fuerte campo magnético. Faraday, ayudando a Davy y su equipo de investigación, logró generar una fuerza eléctrica sin fin siempre y cuando el movimiento entre una bobina y un imán continuara. Esto llevó a la invención del generador eléctrico y luego del motor eléctrico. Poco después, se desarrollaron Transformadores que podían convertir la corriente alterna (CA) a cualquier voltaje deseado., En 1833, Faraday estableció la fundación de la electroquímica mediante la publicación de sus leyes de electrólisis.
una vez que se descubrió la relación con el magnetismo a mediados de 1800, los grandes generadores comenzaron a producir un flujo constante de electricidad. Los motores siguieron que permitieron el movimiento mecánico y la bombilla Edison pareció conquistar la oscuridad. La tecnología de CA trifásica desarrollada por Nikola Tesla (1857-1943) permitió que las líneas de transmisión transportaran energía eléctrica a grandes distancias. Así pues, la electricidad se puso a disposición de la humanidad para mejorar la calidad de vida en general.,
la invención del tubo de vacío electrónico a principios de 1900 fue el siguiente paso significativo hacia la alta tecnología, lo que permitió el desarrollo de osciladores de frecuencia, amplificaciones de señal y conmutación digital. Esto llevó a la radiodifusión en la década de 1920 y la primera computadora digital llamada ENIAC en 1946. El descubrimiento del transistor en 1947 allanó el camino al circuito integrado 10 años después. El microprocesador marcó el comienzo de la era de la información y revolucionó la forma en que vivimos hoy.,
la humanidad depende de la electricidad, y con el aumento de la movilidad, las personas se están moviendo cada vez más hacia el almacenamiento de energía portátil, primero para aplicaciones con ruedas, luego para la portabilidad y, finalmente, para el uso portátil. Por incómodas y poco fiables que hayan sido las primeras baterías, las generaciones futuras pueden ver las tecnologías actuales como nada más que experimentos torpes.
historia del desarrollo de la batería.,
1600 William Gilbert (Reino Unido) establecimiento del estudio de Electroquímica
1791 Luigi Galvani (Italia) descubrimiento de la «electricidad animal»
1800 Alessandro Volta (Italia) invención de la célula voltaica
(discos de zinc y cobre)
1802 William Cruickshank (Reino Unido) primera batería eléctrica capaz
de producción en masa
1820 André Marie Ampère (Francia) electricidad a través del magnetismo
1833 Michael Faraday (Reino Unido) anuncio de las leyes de Faraday
1836 John F., 1949 Lew Uir, Eveready Battery (USA) Invention alkaline-manganese
battery
1970s Group effort Development of valve regulated
lead-acid battery
1990 Group effort Commercialization of nickel-metal
hydride battery
1991 Sony (Japan) Commercialization of
batería de iones de litio
1996 Moli energy (Canadá) introducción de iones de litio
con cátodo de manganeso
2005 Valence, sistema A123 (EE.UU.) introducción de iones de litio con
cátodo de fosfato
ilustraciones de Cadex Electronics Inc.,
Isidor Buchmann es el fundador y CEO de Cadex Electronics Inc, una compañía canadiense especializada en el diseño y fabricación de instrumentos avanzados de prueba de baterías. Ha estudiado el comportamiento de las baterías recargables en aplicaciones prácticas y cotidianas durante dos décadas. Como autor galardonado de muchos artículos y libros sobre el tema, El Sr. Buchmann ha entregado documentos técnicos relacionados con la batería en todo el mundo. Puede encontrar más información sobre baterías en la Universidad de baterías de Cadex. Isidor puede ser contactado en 22000 Fraserwood Way, Richmond, BC V6W 1J6, Canadá.