Isidor Buchmann, Cadex Electronics, Inc
La batterie, la nécessité technologique d’aujourd’hui, est le résultat de 400 ans d’efforts scientifiques.
l’une des découvertes les plus remarquables et les plus nouvelles des 400 dernières années est l’électricité. On peut se demander, « A de l’électricité été autour longtemps?” La réponse est oui et peut-être beaucoup plus longtemps, mais l’utilisation pratique de l’électricité n’est à notre disposition que depuis le milieu à la fin des années 1800., L’une des premières attractions électriques qui a attiré l’attention du public était un pont éclairé électriquement sur la Seine pendant L’Exposition Universelle de 1900 à Paris.
L’utilisation de l’électricité peut aller beaucoup plus loin. Lors de la construction d’un nouveau chemin de fer en 1936 près de Bagdad, des ouvriers ont découvert ce qui semblait être une batterie préhistorique. La découverte était connue sous le nom de Bagdad ou batterie parthe (voir Figure 1) et aurait 2000 ans, remontant à la période parthe . La batterie consistait en un pot d’argile rempli de vinaigre., Une tige de fer entourée d’un cylindre de cuivre a pénétré dans le liquide et a produit 1,1 à 2 V d’électricité.
Tous les scientifiques n’acceptent pas la batterie parthe comme étant une source d’énergie car l’application est inconnue. Il est possible que la batterie ait été utilisée pour galvanoplastie d’une couche d’or ou d’autres métaux précieux sur une surface. Les Égyptiens auraient électrolytique l’antimoine sur le cuivre il y a plus de 4300 ans.
expériences modernes sur Batterie
la première méthode de production d’électricité consistait à induire une charge statique dans une substance., En 1660, Otto von Guericke (1602-1686) construit la première machine électrique composée d’un grand globe de soufre qui, lorsqu’il est frotté et tourné, attire des plumes et de petits morceaux de papier. Guericke a pu prouver que les étincelles générées étaient de nature électrique. La première utilisation pratique de l’électricité statique a été le « pistolet électrique”, inventé par Alessandro Volta (1745-1827). Un fil électrique a été placé dans un pot rempli de méthane. Quand une étincelle électrique était envoyée à travers le fil, le pot explosait.,
Volta (voir Figure 2) a alors pensé à utiliser cette invention pour fournir des communications longue distance, bien qu’un seul bit booléen. Un fil de fer soutenu par des poteaux en bois devait être enfilé de Côme à Milan, en Italie. À l’extrémité de réception, le fil se terminerait dans un pot rempli de méthane. Pour signaler un événement codé, une étincelle électrique serait envoyée par le fil pour faire exploser le pistolet électrique. Ce lien de communication n’a jamais été construit.,
en 1791, alors qu’il travaillait à L’Université de Bologne, Luigi Galvani (1737-1798) découvrit que le muscle d’une grenouille se contractait lorsqu’il était touché par des objets métalliques dissemblables. Ce phénomène est devenu connu sous le nom d ‘ « électricité animale” — un nom erroné, comme cela a été prouvé plus tard. Poussé par ces expériences, Volta a lancé une série d’expériences utilisant des métaux différents. Il a essayé de combiner le zinc, le plomb, l’étain ou le fer comme plaques positives et le cuivre, l’argent, l’or ou le graphite comme plaques négatives.,
premières Batteries
Volta a découvert en 1800 que certains fluides généraient un flux continu d’énergie électrique lorsqu’ils étaient combinés avec une paire de métaux différents. Cette découverte a conduit à l’invention de la première cellule voltaïque, plus communément appelée batterie. Volta a découvert en outre que la tension augmenterait lorsque les cellules voltaïques étaient empilées les unes sur les autres. La Figure 3 illustre une telle connexion série.
la même année, Volta a publié sa découverte d’une source continue d’électricité à la Royal Society., Les expériences ne se limitaient plus à un bref affichage d’étincelles qui durait une fraction de seconde. Un courant électrique apparemment sans fin était maintenant disponible.
La France a été l’une des Premières nations à reconnaître officiellement les découvertes de Volta. La France approchait du sommet des progrès scientifiques et les nouvelles idées étaient accueillies à bras ouverts. Sur invitation, Volta s’est adressé à L’Institut de France dans une série de conférences auxquelles Napoléon Bonaparte était présent en tant que membre (voir Figure 4)., Napoléon a aidé aux expériences, tirant des étincelles de la batterie, faisant fondre un fil d’acier, déchargeant un pistolet électrique et décomposant l’eau en ses éléments.
Après les expériences réussies DE Galvani et la découverte de la cellule voltaïque, l’intérêt pour l’électricité galvanique s’est répandu. Sir Humphry Davy (1778-1829), inventeur de la lampe de sécurité miner’s, a fait de nouvelles découvertes lorsqu’il a installé la plus grande et la plus puissante batterie électrique dans les voûtes de L’Institution royale. Il a connecté la batterie à des électrodes de charbon de bois et a produit la première lumière électrique., Des témoins ont rapporté que sa lampe à arc voltaïque produisait « l’Arc ascendant de lumière le plus brillant jamais vu. »
Davy a commencé à tester les effets chimiques de l’électricité en 1800 et a rapidement découvert qu’en faisant passer le courant électrique à travers certaines substances, la décomposition se produisait, un processus appelé plus tard électrolyse. La tension générée était directement liée à la réactivité de l’électrolyte avec le métal. Davy entendu que les actions de l’électrolyse et de la cellule voltaïque étaient les mêmes.,
en 1802, le Dr William Cruickshank conçoit la première batterie électrique capable d’être produite en série. Cruickshank a disposé des feuilles carrées de cuivre avec des tailles de feuilles égales de zinc. Ces feuilles ont été placées dans une longue boîte rectangulaire en bois et soudées ensemble. Des rainures dans la boîte maintenaient les plaques métalliques en position. La boîte scellée a ensuite été remplie d’un électrolyte de saumure, ou d’acide dilué, ressemblant à la batterie inondée qui est toujours avec nous aujourd’hui (Voir Figure 5).
Batterie Rechargeable
En 1836, John F., Daniell, un chimiste anglais, a développé une batterie améliorée qui produisait un courant plus stable que L’appareil de Volta. Jusque-là, toutes les batteries étaient primaires, ce qui signifie qu’elles ne pouvaient pas être rechargées. En 1859, le médecin français Gaston Planté invente la première batterie rechargeable. Il était basé sur le plomb et l’acide, un système qui est encore utilisé aujourd’hui.
en 1899, Waldmar Jungner de Suède a inventé la batterie nickel-cadmium (NiCd), qui utilisait du nickel pour l’électrode positive et du cadmium pour le négatif., Deux ans plus tard, Thomas Edison a produit une conception alternative en remplaçant le cadmium par du fer. Les coûts élevés des matériaux par rapport aux cellules sèches ou aux systèmes au plomb ont limité les applications pratiques des batteries nickel-cadmium et nickel-fer. Ce n’est pas avant que Shlecht et Ackermann aient réalisé des améliorations majeures en inventant la plaque de poteau frittée en 1932 que NiCd a gagné une nouvelle attention . Cela a entraîné des courants de charge plus élevés et une longévité améliorée. La percée a eu lieu en 1947 lorsque Neumann a réussi à sceller complètement la cellule nickel-cadmium.,
dans les années 1980 et 1990, l’attention s’est portée sur les produits chimiques à base de nickel. Préoccupés par la contamination de l’environnement si le NiCd était négligemment éliminé, certains pays européens ont commencé à restreindre cette chimie et ont demandé à l’industrie de passer à l’hydrure métallique de nickel (NiMH). Beaucoup disent que le NiMH est une étape intermédiaire vers le lithium-ion (Li-ion) et cela pourrait bien être vrai. Une grande partie de la recherche se concentre sur l’amélioration des batteries lithium-ion. Outre l’alimentation des téléphones cellulaires, ordinateurs portables, appareils photo numériques, des outils et des dispositifs médicaux, Li-ion est également un candidat pour les véhicules., Li-ion a un certain nombre d’avantages, y compris une densité d’énergie plus élevée, est plus facile à charger et n’a pas de problèmes de maintenance contrairement aux batteries à base de nickel. Le Li-ion ne souffre pas non plus de sulfatation qui est courante avec les systèmes à base de plomb.
L’électricité par magnétisme
L’électricité par magnétisme, une méthode alternative de production d’électricité en plus de la charge statique et de la batterie, est arrivée relativement tard. En 1820, André-Marie Ampère (1775-1836) remarque que les fils porteurs d’un courant électrique sont parfois attirés et parfois repoussés les uns des autres., En 1831, Michael Faraday (1791-1867) a démontré comment un disque de cuivre fournissait un flux constant d’électricité tout en tournant dans un fort champ magnétique. Faraday, Assistant Davy et son équipe de recherche, a réussi à générer une force électrique sans fin tant que le mouvement entre une bobine et un aimant se poursuivait. Cela a conduit à l’invention du générateur électrique, puis le moteur électrique. Peu de temps après, des transformateurs ont été développés pour convertir le courant alternatif (CA) en n’importe quelle tension souhaitée., En 1833, Faraday établit les bases de l’électrochimie en publiant ses lois de l’électrolyse.
Une fois la relation avec le magnétisme découverte au milieu des années 1800, Les grands générateurs ont commencé à produire un flux régulier d’électricité. Des moteurs ont suivi qui ont permis le mouvement mécanique et L’Ampoule Edison semblait conquérir l’obscurité. La technologie ac triphasée développée par Nikola Tesla (1857-1943) a permis aux lignes de transmission de transporter de l’énergie électrique sur de grandes distances. L’électricité a ainsi été mise à la disposition de l’humanité pour améliorer la qualité de vie globale.,
l’invention du tube électronique à vide au début des années 1900 a été la prochaine étape importante vers la haute technologie, permettant le développement d’oscillateurs de fréquence, d’amplifications de signaux et de commutation numérique. Cela a conduit à la radiodiffusion dans les années 1920 et le premier ordinateur numérique appelé ENIAC en 1946. La découverte du transistor en 1947 a ouvert la voie au circuit intégré 10 ans plus tard. Le microprocesseur a inauguré l’ère de l’Information et révolutionné la façon dont nous vivons aujourd’hui.,
l’humanité dépend de l’électricité, et avec une mobilité accrue, les gens se tournent de plus en plus vers le stockage d’énergie portable — d’abord pour les applications sur roues, puis la portabilité et enfin l’utilisation portable. Aussi maladroites et peu fiables que les premières batteries aient pu l’être, les générations futures peuvent considérer les technologies d’aujourd’hui comme rien de plus que des expériences maladroites.
historique du développement de la batterie.,
1600 William Gilbert (Royaume-Uni) Etablissement de l’étude d’électrochimie
1791 Luigi Galvani (Italie) découverte de « l’électricité animale”
1800 Alessandro Volta (Italie) Invention de la cellule voltaïque
(disques de zinc et de cuivre)
1802 William Cruickshank (Royaume-Uni) première batterie électrique capable
de production de masse
1820 André Marie Ampère (France) Electricité par magnétisme
1833 Michael Faraday (Royaume-Uni) annonce des lois de Faraday
1836 John F., 1949 Lewir, Eveready Battery (USA) Invention alkaline-manganèse
1970 effort de groupe développement de la vanne régulée
batterie plomb-acide
1990 effort de groupe commercialisation de nickel-métal
batterie hydrure
1991 Sony (Japon) commercialisation de
batterie lithium-ion
1996 moli energy (Canada) introduction du Li-Ion
avec cathode au manganèse
2005 Valence, A123 system (USA) introduction du Li-ion avec
cathode au phosphate
illustrations de Cadex Electronics Inc.,
Isidor Buchmann est le fondateur et chef de la direction de Cadex Electronics Inc, une entreprise canadienne spécialisée dans la conception et la fabrication d’instruments de test de batterie avancés. Il a étudié le comportement des batteries rechargeables dans des applications pratiques et quotidiennes pendant deux décennies. En tant qu’auteur primé de nombreux articles et livres sur le sujet, M. Buchmann a publié des documents techniques sur les batteries dans le monde entier. Vous pouvez trouver plus d’informations sur la batterie à L’Université de la batterie de Cadex. Isidor peut être contacté au 22000 Fraserwood Way, Richmond, BC V6W 1J6, Canada.