История как са възникнали батериите
Едно от най-значителните и иновативни открития за последните 400 години безспорно е електричеството. Практическата му употреба започва късно, някъде в средата на 19 век, като употребата му е доста ограничена. Като пример за първоначалната му употреба може да се посочи малкия светещ мост над река Сена по времето на световната експозиция в Париж през 1900 година.
Ранните методи за генериране на електричество се базирали на статичният заряд. През 1660 год. Otto von Guericke създава първата електрическа машина, състояща се от голяма сфера изработена от сяра. След потъркването ѝ, тя е привличала малки пера парченца хартия, като по този начин Guericke е успял да докаже, че искрите, които се генерирали имат електрически характер. „Електрическият пистолет” е първото предложение за използването на електричеството.
Той е изобретен от Alessandro Volta (1745-1827) и е представлявал буркан изпълнен с метан, в който е влизал електрически проводник. При подаването на електрическа искра към проводника, буркана е избухвал.Предложението на Volta е да се използва това явление за осъществяването на комуникация на големи разстояния. Той е предложил да се опъне метална жица, крепена върху дървени стълбове от Комо до Милано в Италия. Краят на жицата е щял да бъде поставен в буркан с метанов газ и при подаване на електрическа искра е щяло да се предаде един бит информация.
По разбираеми причини този вид комуникация никога не е бил осъществен. През 1791 година, докато е работил в университета в Болоня, Luigi Galvani открива, че мускулите на жабата се свиват при докосване с метален обект. Този феномен е известен, като „животинско електричество”, което в последствие се е оказало грешка и оборено. Подтикнат от тези експерименти Volta започва серия от експерименти, използвайки цинк, олово и желязна ламарина за положителни електроди и мед, сребро, злато или графит за отрицателни електроди.
През 1800 год. Volta открива, че при използването на определени течности като проводяща среда се генерира електродвижещо напрежение при осъществяването на химическата реакция между течността и електродите. Това негово откритие е довело до изобретяването на първата галванична клетка, която в днешно време е по-известна с названието батерия. Volta открива също, че при свързването на няколко такива галванични клетки последователно, напрежението върху тях нараства.
През същата година Volta разкрива откритието си за неизчерпаем източник на електричество пред кралското общество в Лондон, като експериментите не са били ограничени само до показване на единични искри за части от секундата, а са демонстрирали едно продължително наличие на електрически ток.
Франция е една от първите нации, които официално признава откритията на Volta и го канят да изнесе поредица от лекции във Френския национален университет, чийто член по това време е и Наполеон Бонапарт. Нови открития се правят и от сър Humphry Davy-откривателя на газения фенер за миньорите, когато инсталира най-голямата и най-мощната електрическа батерия в Кралския двор в Лондон. Той свързва батерията с електроди от дървени въглища, като по този начин успява да възпроизведе първата електрическа светлина.
Най-важните проучвания на сър Davy са в областта на електрохимията. Новооткритата галванична клетка и експериментите на Galvani запалват интересът му и той започва да тества какво влияние оказват химикалите върху произвеждането на електричество. През 1800 год. той открива, че при преминаването на електрически ток през някои видове разтвори, тези разтвори се разлагат. Този процес е наречен Електролиза. Сър Davy установява, че напрежението, което се генерира е пряко свързано с реакцията между метала и електролита, който използва.
Така разбира, че процесите в галваничната клетка и тези в електролита са от един и същ характер. През 1802 год. д-р William Cruickshank създава първата електрическа батерия, предназначена за масово производство. Той нарежда няколко квадратни листа от мед, запоени в краищата им със същите по големина цинкови листи.
Така запоените листа са поставени в продълговата дървена кутия и запечатана с цимент. След което кутията е напълнена с електролит или разводнен киселинен разтвор. Електродите са били здраво закрепени в канали, като по този начин е било възможно свързването с външни консуматори. Третия метод за генериране на електричество е открит значително по-късноелектричество посредством магнитно поле.
През 1820 год. André-Marie Ampère (1775- 1836), забелязва, че проводниците по коитотече електрически ток или се привличат или отблъскват. През 1831 год. Michael Faraday (1791-1867), демонстрира как меден диск, който поставен и завъртян в силно магнитно поле може да осигури постоянен ток. Faraday асистирайки на сър Davy и неговия изследователски екип, успява да докаже, че напрежение се генерира до тогава, докато има движение между намотката и постоянния магнит.
Така е изобретен електрическият генератор. Установява се, че процесът е обратим, в следствие на което се изобретява електрическият двигател. Малко след това са открити и развити трансформаторите, посредством които е станало възможно преобразуването на електричеството до необходимото по големина напрежение.
През 1833 год.Faraday установява фундаменталния за електрохимията закон на Faraday, който описва количествените промени, които настъпват в следствие на процесите в една електролитна клетка. През 1836 год. английският химик John F. Daniell разработва усъвършенствана батерия, осигуряваща по дълго време ток, отколкото устройството на Volta.
До този момент всички батерии са били съставени само от една клетка, която не е можела да бъде презаредена. През 1859 год. френският физик Gaston Planté изобретява първата презареждаема батерия. Тази нова батерия се е базирала на взаимодействието на оловото с киселини. Взаимодействие, което се използва и до днес. Към края на 19 век се създават първите гигантски генератори и трансформатори. Изгражда се електропроводна мрежа, благодарение на която електричеството става достъпно за човечеството под формата на светлина, топлина и двигателна сила.
В началото на 20 век употребата на електричеството допълнително се развива. Изобретява се електронната лампа, използвана за генерирането на сигнали, звук и тяхното усилване. Малко след това се изобретява и радиото, което прави възможна безжичната комуникация. През 1899 шведът Waldmar Jungner изобретява никелово-кадмиевата батерия, която използва за положителен електрод никел, а за отрицателен-кадмий.
Две години по късно Едисон създава алтернативна батерия, като заменя кадмия с желязо. Поради високите цени на сухите батерии в сравнение с оловнокиселинните употребата им е била доста ограничена. С изобретяването на синтерования електрод през 1932 година от Shlecht и Ackermann, значително се подобряват експлоатационните параметри на този вид батерии.
Става възможно използването им там където се изисква значително по-голям товарен ток и дълготрайност. Така никелово-кадмиева батерия, която познаваме и днес става достъпна, когато Neumann успява напълно да запечата една клетка през 1947 година.
От тук нататък, човечеството става подвластно на електричеството – продукт без който днешният технологичен напредък не би бил възможен. С увеличаване нуждата от мобилност на хората, батериите първо са се приспособили за автомобилната промишленост, след това за портативната и преносима техника и най-накрая за безжичните устройства.