Isidor Buchmann, Cadex Electronics, Inc
az akkumulátor, a mai technológiai szükségszerűség, 400 éves tudományos erőfeszítés eredménye.
az elmúlt 400 év egyik legfigyelemreméltóbb és újszerű felfedezése az elektromosság. Lehet kérni, ” van áram körül, hogy hosszú?”A válasz igen, talán sokkal hosszabb, de a villamos energia gyakorlati felhasználása csak az 1800-as évek közepétől későig állt rendelkezésünkre., Az egyik korai elektromos látnivaló, amely a nyilvánosság figyelmét felkeltette, egy elektromosan megvilágított híd volt a Szajna folyón az 1900-as Párizsi Világkiállítás során.
a villamos energia felhasználása sokkal messzebb mehet vissza. Miközben 1936-ban új vasútvonalat építettek Bagdad közelében, a munkások felfedték azt, ami őskori akkumulátornak tűnt. A felfedezést Bagdadi vagy Parthiai elemként ismerték (lásd az 1. ábrát), és úgy vélték, hogy 2000 éves, a Parthiai korszakból származik . Az akkumulátor egy ecettel töltött agyagedényből állt., Egy rézhenger által körülvett vasrúd behatolt a folyadékba, és 1,1-2 V villamos energiát termelt.
nem minden tudós fogadja el a Parthian akkumulátort energiaforrásként, mert az alkalmazás ismeretlen. Lehetséges, hogy az akkumulátort arany vagy más nemesfém rétegének a felületre történő galvanizálására használták. Az egyiptomiak azt mondják, hogy több mint 4300 évvel ezelőtt Galvanizált antimont rézre.
Modern Battery Experiments
a villamos energia előállításának legkorábbi módja valamilyen anyag statikus töltésének kiváltása volt., 1660-ban Otto von Guericke (1602-1686) megépítette az első elektromos gépet, amely egy nagy kéngömbből állt, amely dörzsölés és forgás után tollakat és apró papírdarabokat vonzott. Guericke bizonyítani tudta, hogy a keletkező szikrák elektromos jellegűek. A statikus elektromosság első gyakorlati alkalmazása az” elektromos pisztoly ” volt, amelyet Alessandro Volta (1745-1827) talált ki. Egy elektromos vezetéket egy metángázzal töltött edénybe helyeztünk. Amikor elektromos szikra került a huzalon keresztül, az edény felrobbant.,
Volta (lásd a 2. ábrát), majd arra gondolt, hogy ezt a találmányt távolsági kommunikáció biztosítására használja, bár csak egy logikai bit. A fából készült oszlopok által támogatott vashuzalt Comóból Milánóba, Olaszországba kellett rögzíteni. A fogadó végén a huzal metángázzal töltött edényben végződik. Egy kódolt esemény jelzésére a vezeték elektromos szikrát küld az elektromos pisztoly felrobbantására. Ez a kommunikációs kapcsolat soha nem épült.,
1791-ben, a Bolognai Egyetemen végzett munka során Luigi Galvani (1737-1798) felfedezte, hogy egy béka izomzata összehúzódott, amikor különböző fémtárgyak megérintették. Ez a jelenség “állati elektromosság” néven vált ismertté — téves elnevezés, amint azt később bebizonyították. Ezek a kísérletek arra késztették a Volta-t, hogy kísérletsorozatot indított különböző fémekkel. Megpróbálta ötvözi cink, ólom, ón vagy vas pozitív lemezek és réz, ezüst, arany vagy grafit, mint a negatív lemezek.,
korai akkumulátorok
A Volta 1800-ban felfedezte, hogy bizonyos folyadékok folyamatos elektromos áramot generálnak, ha egy pár különböző fémmel kombinálják. Ez a felfedezés vezetett a találmány az első voltaic cella, ismertebb nevén egy akkumulátor. Volta felfedezte továbbá, hogy a feszültség növekedni fog, ha voltaic sejtek egymásra. A 3. ábra egy ilyen soros kapcsolatot ábrázol.
ugyanebben az évben Volta kiadta a folyamatos áramforrás felfedezését a Királyi Társaságnak., A kísérletek már nem korlátozódtak a másodperc töredékéig tartó szikrák rövid megjelenítésére. Az elektromos áram látszólag végtelen áramlása már elérhető volt.
Franciaország volt az egyik első nemzet, amely hivatalosan elismerte Volta felfedezéseit. Franciaország közeledett a tudományos fejlődés csúcsához, és tárt karokkal fogadták az új ötleteket. Volta meghívással egy előadássorozatban foglalkozott a francia Intézettel, ahol Napóleon Bonaparte is jelen volt (lásd a 4. ábrát)., Napóleon segített a kísérletekben, szikrákat rajzolt az akkumulátorról, megolvasztott egy acélhuzalt, elektromos pisztolyt ürített ki, és víz bomlik az elemeibe.
Galvani sikeres kísérletei és a voltaic sejt felfedezése után széles körben elterjedt a galvanikus elektromosság iránti érdeklődés. Sir Humphry Davy (1778-1829), a bányász biztonsági lámpájának feltalálója új felfedezéseket tett, amikor a legnagyobb és legerősebb elektromos akkumulátort telepítette a királyi intézmény boltozataiba. Az akkumulátort szénelektródákhoz kötötte, és elkészítette az első elektromos fényt., A tanúk arról számoltak be, hogy voltaic ívlámpája “a legbriliánsabb emelkedő fény ívét hozta létre, amelyet valaha láttak.”
Davy 1800-ban kezdte meg a villamos energia kémiai hatásainak tesztelését, és hamarosan megállapította, hogy az elektromos áram bizonyos anyagokon történő áthaladásával bomlás történt, amelyet később elektrolízisnek neveznek. A generált feszültség közvetlenül kapcsolódott az elektrolit reakcióképességéhez a fémmel. Davy megértette, hogy az elektrolízis és a voltaic cella hatása ugyanaz.,
1802-ben Dr. William Cruickshank tervezte az első elektromos akkumulátort, amely tömeggyártásra képes. Cruickshank rendezett négyzet alakú rézlemezek egyenlő lemez méretű cink. Ezeket a lapokat egy hosszú, téglalap alakú fadobozba helyezték, és együtt forrasztották. A dobozban lévő hornyok a fémlemezeket a helyzetben tartották. A lezárt dobozt ezután sós lében lévő elektrolittal töltötték meg, vagy savat öntöttek, amely hasonlít az elárasztott akkumulátorra, amely még ma is velünk van (lásd az 5.ábrát).
újratölthető akkumulátor
1836-ban John F., Daniell, egy angol kémikus kifejlesztett egy továbbfejlesztett akkumulátort, amely stabilabb áramot termelt, mint Volta eszköze. Addig az összes elem elsődleges volt, ami azt jelenti, hogy nem lehetett újratölteni. 1859-ben a francia orvos, Gaston Planté feltalálta az első újratölthető akkumulátort. Ólomra és savra alapozták, egy olyan rendszerre, amelyet ma is használnak.
1899-ben a svéd Waldmar Jungner feltalálta a nikkel-kadmium akkumulátort (NiCd), amely nikkelt használt a pozitív elektródhoz, a kadmiumot pedig a negatívhoz., Két évvel később Thomas Edison alternatív tervet készített úgy, hogy a kadmiumot vasra cserélte. A szárazcellákhoz vagy ólomsavrendszerekhez képest magas anyagköltségek korlátozták a nikkel-kadmium és a nikkel-vas akkumulátorok gyakorlati alkalmazását. Shlecht és Ackermann előtt nem ért el jelentős javulást a szinterezett pole lemez feltalálásával 1932-ben, hogy NiCd új figyelmet kapott . Ez nagyobb terhelési áramokat és jobb hosszú élettartamot eredményezett. Az áttörés 1947-ben történt, amikor Neumannnak sikerült teljesen lezárnia a nikkel-kadmium cellát.,
az 1980-as és 1990-es években a nikkel alapú vegyészekre figyeltek fel. Aggódva a környezetszennyezés miatt, ha a NiCd-t gondatlanul ártalmatlanították, néhány európai ország elkezdte korlátozni ezt a kémiát, és felkérte az iparágat, hogy váltson nikkel-fém-hidridre (NiMH). Sokan azt mondják, hogy a NiMH átmeneti lépés a lítium-ion (Li-ion) számára, és ez igaz lehet. A kutatás nagy része a lítium-ion akkumulátorok javítására összpontosít. A mobiltelefonok, laptopok, digitális fényképezőgépek, eszközök és orvostechnikai eszközök bekapcsolása mellett a Li-ion is a járművek jelöltje., A Li-ion számos előnnyel jár, beleértve a nagyobb energiasűrűséget, könnyebben tölthető, és a nikkel alapú akkumulátorokkal ellentétben nincs karbantartási problémája. A Li-ion sem szenved olyan szulfatációtól, amely gyakori az ólomalapú rendszereknél.
elektromosság Mágnesességen keresztül
elektromosság mágnesességen keresztül, egy alternatív módszer a villamos energia előállítására a statikus töltés és az akkumulátor mellett, viszonylag későn jött. 1820-ban André-Marie Ampère (1775-1836) észrevette, hogy az elektromos áramot hordozó vezetékek időnként vonzódnak, máskor pedig taszítják egymást., 1831-ben Michael Faraday (1791-1867) bemutatta, hogy egy rézlemez állandó áramlást biztosított, miközben erős mágneses mezőben forgott. Faraday, segítve Davyt és kutatócsoportját, sikerült végtelen elektromos erőt generálnia mindaddig, amíg a tekercs és a mágnes közötti mozgás folytatódott. Ez az elektromos generátor, majd az elektromos motor feltalálásához vezetett. Röviddel ezután olyan transzformátorokat fejlesztettek ki, amelyek a váltakozó áramot (ac) bármilyen kívánt feszültségre konvertálhatják., 1833-ban Faraday megalapította az elektrokémia alapjait az elektrolízis törvényeinek közzétételével.
Miután az 1800-as évek közepén felfedezték a mágnesességgel való kapcsolatot, a nagy generátorok folyamatos villamosenergia-áramlást kezdtek előállítani. A motorok ezt követően lehetővé tették a mechanikus mozgást, és úgy tűnt, hogy az Edison villanykörte meghódítja a sötétséget. A Nikola Tesla (1857-1943) által kifejlesztett háromfázisú váltakozó áramú technológia lehetővé tette a távvezetékek számára, hogy nagy távolságokon villamos energiát szállítsanak. A villamos energiát tehát az emberiség rendelkezésére bocsátották az általános életminőség javítása érdekében.,
az elektronikus vákuumcső feltalálása az 1900-as évek elején volt a következő jelentős lépés a csúcstechnológia felé, lehetővé téve a frekvencia oszcillátorok, jelerősítések és digitális kapcsolások fejlesztését. Ez vezetett az 1920-as évek rádiós sugárzásához, az első digitális számítógéphez, az ENIAC-hoz 1946-ban. A tranzisztor felfedezése 1947-ben 10 évvel később előkészítette az utat az integrált áramkörhöz. A mikroprocesszor bevezette az információs korszakot, és forradalmasította a mai életünket.,
az emberiség a villamos energiától függ, és a megnövekedett mobilitással az emberek egyre inkább a hordozható energiatárolás felé haladnak — először kerekes alkalmazásokhoz, majd hordozhatósághoz, végül Hordható felhasználáshoz. Bármilyen kínos és megbízhatatlan is lehetett a korai akkumulátorok, a jövő nemzedékei a mai technológiákat nem másnak tekinthetik, mint ügyetlen kísérleteknek.
Az akkumulátor fejlesztésének története.,
1600 William Gilbert (UK) Létrehozása elektrokémia tanulmány
1791-ben Luigi Galvani (Olaszország) Felfedezése “állati elektromosság”
1800 Alessandro Volta (Olaszország) Találmány a voltaic cella
(cink, réz lemezek)
1802 William Cruickshank (egyesült KIRÁLYSÁG) Első elektromos akkumulátor képes
a tömegtermelés
1820-ban André Marie Ampère (Franciaország) Villamosenergia-át mágnesesség
1833 Michael Faraday (UK) Bejelentése Faraday törvények
1836 John F., tömítés a
nikkel-kadmium akkumulátor
1949 Lew Uir, az Eveready Akkumulátor (USA) Találmány alkáli-mangán
elem
1970-es években csapatmunka Fejlesztése szelep szabályozott
ólom-sav akkumulátor
1990 csapatmunka Kereskedelmi nikkel-fém
– hidrid akkumulátor
1991 Sony (Japán) Kereskedelmi
lítium-ion akkumulátor
1996 Moli. Energia (Kanada) Bevezetés a Li-ion
a mangán katód
2005 Valence, A123 Rendszer (USA) Bevezetés a Li-ion a
foszfát katód
Illusztrációk a Cadex Electronics Inc.,
Isidor Buchmann a Cadex Electronics Inc. alapítója és vezérigazgatója, egy kanadai cég, amely fejlett akkumulátor-tesztelő eszközök tervezésére és gyártására szakosodott. Két évtizede tanulmányozza az Újratölthető Akkumulátorok viselkedését gyakorlati, mindennapi alkalmazásokban. Buchmann a témával kapcsolatos számos cikk és könyv díjnyertes szerzőjeként az akkumulátorral kapcsolatos műszaki cikkeket szállította szerte a világon. További akkumulátor-információkat talál a Cadex battery university-n. Isidor kapcsolatba lehet lépni a 22000 Fraserwood Way, Richmond, BC V6W 1J6, Kanada.