Isidor Buchmann, Cadex Electronics, Inc
batteriet, dagens tekniska nödvändighet, är resultatet av 400 års vetenskapliga insatser.
en av de mest anmärkningsvärda och nya upptäckterna under de senaste 400 åren är El. Man kan fråga, ” Har el funnits så länge?”Svaret är ja och kanske mycket längre, men den praktiska användningen av el har bara varit till vårt förfogande sedan mitten till slutet av 1800-talet., En av de tidiga elektriska attraktionerna som fick allmän uppmärksamhet var en elektriskt upplyst bro över floden Seine under 1900 World ’ s Fair i Paris.
användningen av el kan gå tillbaka mycket längre. Under byggandet av en ny järnväg i 1936 nära Bagdad, arbetare avslöjade vad som verkade vara en förhistorisk batteri. Upptäckten var känd som Bagdad eller Parthian batteri (Se figur 1) och tros vara 2000 år gammal, anor tillbaka till Parthian perioden . Batteriet bestod av en lerburk fylld med ättika., En järnstång omgiven av en kopparcylinder trängde in i vätskan och producerade 1,1 till 2 V el.
inte alla forskare accepterar Parthian batteriet som en energikälla eftersom programmet är okänt. Det är möjligt att batteriet användes för elektroplätering av ett lager av guld eller andra ädelmetaller på en yta. Egyptierna sägs ha elektropläterad antimon på koppar över 4300 år sedan.
moderna Batteriexperiment
den tidigaste metoden för att generera el var genom att inducera en statisk laddning i något ämne., År 1660 byggde Otto von Guericke (1602-1686) den första elektriska maskinen bestående av en stor svavelklot som, när den gnids och vrids, lockade fjädrar och små bitar av papper. Guericke kunde bevisa att de genererade gnistorna var Elektriska i naturen. Den första praktiska användningen av statisk elektricitet var den ”elektriska pistolen”, som uppfanns av Alessandro Volta (1745-1827). En elektrisk tråd placerades i en burk fylld med metangas. När en elektrisk gnista skickades genom tråden, skulle burken explodera.,
Volta (se Figur 2) tänkte sedan på att använda denna uppfinning för att tillhandahålla långdistanskommunikation, om än bara en boolesk bit. En järntråd som stöddes av trästolpar skulle spännas från Como till Milano, Italien. Vid den mottagande änden skulle tråden avslutas i en burk fylld med metangas. För att signalera en kodad händelse skulle en elektrisk gnista skickas av ledningen för att detonera den elektriska pistolen. Denna kommunikationslänk byggdes aldrig.,
i 1791, under arbetet vid universitetet i Bologna, Luigi Galvani (1737-1798) upptäckte att muskeln hos en groda kontrakterade vid beröring av olika metallföremål. Detta fenomen blev känt som” animal electricity ” — en misnomer, som senare visades. Föranledd av dessa experiment initierade Volta en serie experiment med olika metaller. Han försökte kombinera zink, bly, tenn eller järn som positiva plattor och koppar, silver, guld eller grafit som negativa plattor.,
tidiga batterier
Volta upptäckte 1800 att vissa vätskor skulle generera ett kontinuerligt flöde av elektrisk kraft i kombination med ett par olika metaller. Denna upptäckt ledde till uppfinningen av den första voltaiska cellen, mer allmänt känd som ett batteri. Volta upptäckte vidare att spänningen skulle öka när voltaiska celler staplades ovanpå varandra. Figur 3 illustrerar en sådan seriell anslutning.
samma år släppte Volta sin upptäckt av en kontinuerlig elkälla till Royal Society., Inte längre var experiment begränsade till en kort visning av gnistor som varade en bråkdel av en sekund. En till synes oändlig ström av elektrisk ström var nu tillgänglig.
Frankrike var en av de första nationerna som officiellt erkände Voltas upptäckter. Frankrike närmade sig höjden av vetenskapliga framsteg och nya idéer välkomnades med öppna armar. Volta talade på inbjudan till Frankrikes Institut i en serie föreläsningar där Napoleon Bonaparte var närvarande som medlem (Se figur 4)., Napoleon hjälpte till med experimenten, ritade gnistor från batteriet, smälte en ståltråd, tömde en elektrisk pistol och sönderdelade vatten i dess element.
Efter Galvanis framgångsrika experiment och upptäckten av den voltaiska cellen blev intresset för galvanisk elektricitet utbrett. Sir Humphry Davy (1778-1829), uppfinnare av gruvarbetarens säkerhetslampa, gjorde nya upptäckter när han installerade det största och mest kraftfulla elektriska batteriet i Kungliga institutionens valv. Han kopplade batteriet till kolelektroder och producerade det första elektriska ljuset., Vittnen rapporterade att hans voltaic arc lampa producerade ” den mest lysande stigande ljusbågen någonsin sett.”
Davy började testa de kemiska effekterna av el i 1800 och fann snart att genom att passera elektrisk ström genom vissa ämnen inträffade sönderdelning, en process som senare kallades elektrolys. Den genererade spänningen var direkt relaterad till elektrolytens reaktivitet med metallen. Davy förstod att elektrolysens och voltaic-cellens åtgärder var desamma.,
1802 konstruerade Dr William Cruickshank det första elektriska batteriet som kunde massproduceras. Cruickshank arrangerade fyrkantiga ark av koppar med lika stora arkstorlekar av zink. Dessa ark placerades i en lång rektangulär trälåda och löddes ihop. Spår i lådan höll metallplattorna på plats. Den förseglade lådan fylldes sedan med en elektrolyt av saltlösning eller vattnas ner syra, som liknar det översvämmade batteriet som fortfarande är hos oss idag (se Figur 5).
uppladdningsbart batteri
1836 John F., Daniell, en engelsk kemist, utvecklade ett förbättrat batteri som producerade en stadigare ström än Voltas enhet. Fram till dess var alla batterier primära, vilket innebär att de inte kunde laddas. 1859 uppfann den franska läkaren Gaston Planté det första laddningsbara batteriet. Det var baserat på bly och syra, ett system som fortfarande används idag.
år 1899 uppfann Waldmar Jungner från Sverige nickel-kadmiumbatteriet (NiCd), som använde nickel för positiv elektrod och kadmium för det negativa., Två år senare producerade Thomas Edison en alternativ design genom att ersätta kadmium med järn. Höga materialkostnader jämfört med torra celler eller blysyrasystem begränsade de praktiska tillämpningarna av nickel-kadmium-och nickel-järnbatterierna. Det var inte innan Shlecht och Ackermann uppnådde stora förbättringar genom att uppfinna den sintrade polplattan 1932 som NiCd fick ny uppmärksamhet . Detta resulterade i högre lastströmmar och förbättrad livslängd. Genombrottet kom 1947 när Neumann lyckades fullständigt försegla nickel-kadmiumcellen.,
på 1980-och 1990-talet var uppmärksamheten på nickelbaserade kemister. Oroad över miljöförorening om NiCd var slarvigt bortskaffad började vissa europeiska länder begränsa denna Kemi och bad industrin att byta till Nickelmetallhydrid (NiMH). Många säger att NiMH är ett mellanliggande steg till litium-ion (Li-ion) och detta kan väl vara sant. Mycket av forskningen fokuserar på att förbättra litiumjonbatterier. Förutom att driva mobiltelefoner, bärbara datorer, digitalkameror, verktyg och medicintekniska produkter är Li-ion också en kandidat för fordon., Li-ion har ett antal fördelar, inklusive en högre energitäthet, är lättare att ladda och har inte underhållsproblem till skillnad från nickelbaserade batterier. Li-ion lider inte heller av sulfation som är vanligt med blybaserade system.
elektricitet genom Magnetism
elektricitet genom magnetism, en alternativ metod för att generera el förutom statisk laddning och batteri, kom relativt sent. År 1820 märkte André-Marie Ampère (1775-1836) att ledningar som bär en elektrisk ström ibland lockade och vid andra tillfällen avstod från varandra., År 1831 visade Michael Faraday (1791-1867) hur en kopparskiva gav ett konstant flöde av el medan den roterar i ett starkt magnetfält. Faraday, som hjälpte Davy och hans forskargrupp, lyckades generera en oändlig elektrisk kraft så länge rörelsen mellan en spole och magnet fortsatte. Detta ledde till uppfinningen av den elektriska generatorn och sedan elmotorn. Kort därefter utvecklades transformatorer som kunde omvandla växelström (ac) till önskad spänning., År 1833 etablerade Faraday grunden för elektrokemi genom att publicera sina lagar om elektrolys.
när förhållandet med magnetism upptäcktes i mitten av 1800-talet började stora generatorer producera ett stadigt flöde av el. Motorer följde som möjliggjorde mekanisk rörelse och Edison-glödlampan verkade erövra mörkret. Den trefasiga ac-tekniken som utvecklats av Nikola Tesla (1857-1943) aktiverade överföringsledningar för att bära elkraft över stora avstånd. Elektricitet gjordes således tillgänglig för mänskligheten för att förbättra den övergripande livskvaliteten.,
uppfinningen av det elektroniska vakuumröret i början av 1900-talet var det signifikanta nästa steget mot högteknologi, vilket möjliggjorde utvecklingen av frekvensoscillatorer, signalförstärkningar och digital växling. Detta ledde till radiosändningar på 1920-talet och den första digitala datorn som heter Eniac 1946. Upptäckten av transistorn 1947 banade vägen till den integrerade kretsen 10 år senare. Mikroprocessorn inledde informationsåldern och revolutionerade sättet vi lever idag.,
mänskligheten beror på el, och med ökad rörlighet flyttar människor mer och mer mot bärbar kraftlagring — först för hjulapplikationer, sedan bärbarhet och slutligen bärbar användning. Så obekväma och opålitliga som de tidiga batterierna kan ha varit, kan framtida generationer titta på dagens teknik som inget annat än klumpiga experiment.
historia av Batteriutveckling.,1791 Luigi Galvani (Italien) upptäckt av ”Animal electricity”
1800 Alessandro Volta (Italien) uppfinning av voltaic cell
(zink och koppar diskar)
1802 William Cruickshank (UK) första elektriska batteriet kan
massproduktion
1820 André Marie Ampère (Frankrike) elektricitet genom magnetism
1833 Michael Faraday (UK) tillkännagivande av Faradays lagar
1836 John F., tätning av
nickel-kadmiumbatteri
1949 Lew Uir, Eveready Battery (USA) uppfinning alkalisk-mangan
batteri
1970-talet gruppansträngning utveckling av ventilreglerade
bly-syra batteri
1990 gruppansträngning kommersialisering av nickel-metall
hydrid batteri
1991 Sony (Japan) kommersialisering av
litium-jon batteri
1996 Moli Energy (Canada) introduktion av Li-ion
med Mangankatod
2005 Valence, A123 System (USA) introduktion av Li-ion med
fosfatkatod
illustrationer från cadex Electronics Inc.,
Isidor Buchmann är grundare och VD för Cadex Electronics Inc, ett Kanadensiskt företag som specialiserat sig på design och tillverkning av avancerade testinstrument för batteri. Han har studerat beteendet hos uppladdningsbara batterier i praktiska, vardagliga applikationer i två decennier. Som prisbelönt författare till många artiklar och böcker i ämnet har Herr Buchmann levererat batterirelaterade tekniska papper runt om i världen. Du kan hitta mer batteriinformation på cadex batteri universitet. Isidor kan kontaktas på 22000 Fraserwood Sätt, Richmond, BC V6W 1J6, Kanada.