web counter

  

История на батериите

Батерията е може би едно от най-важните и значими изобретения на човечеството. В днешно време тя се използва най-вече като преносим и портативен източник на енергия, но в миналото батериите са били единственият източник на електричество. Ако малкият акумулатор не беше измислен, днес нямаше да бъде възможно да притежаваме комфорта на домашния преносим компютър, техниката за комуникация, превозни средства и много други.

Думата „батерия“  по принцип означава съвместимо работеща група от еднакви устройства. Самото понятието на практика обаче се е наложило като общо наименование на всички видове източници на ток без подвижни части.  Най-често то се използва за посочване на електрохимични източници на ток, които се състоят от един или няколко отделни клетки, каквито са галваничните елементи, акумулаторите, горивни клетки, слънчеви батерии и други подобни.

Батерията по същество е устройство, което съхранява химична енергия, която в даден момент се превръща в електричество. Тя е малък химичен реактор, който произвежда електрони, които могат да преминат във външен апарат. Оказва се, че опити за сглобяването на подобен вид устройства са правени още много по-отдавна, отколкото ние сме очаквали.  Нека проследим какви са били стъпките в самото измисляне на батериите.

Сведения за най-ранните батерии

Най-ранно датиращата създавана батерия в света - Багдатската батерия, дело на вавилонците

През 1936г. при строежа на железопътни линии близо до Багдат, работници откриват неизвестен предмет, който даряват на местния музей. Интерес към този предмет се появява чак 2 години по-късно от австрийския археолог д-р Вилхелм Кьоних. След направени изследвания и анализи  се оказва, че това е праисторическа батерия, датираща отпреди 2000 години. Какво представлява тази батерия - неголямо глинено гърне, съдържащо меден цилиндър, който бил запоен с оловно-калаена сплав. Долната част на този цилиндър се помества в легло от гофриран меден диск, запечатан с нещо като смола. Античната батерия има и още един изолационен слой, който запечатва върха на цилиндъра и крепи неподвижна желязна пръчка. Древната Багдатска батерия, както и други подобни, които са намерени в района на Ирак, датират от Партианско-персийската окупация, която се е състояла между 248г. и 226 г. пр. Н.е.

Галвани и животинският ток

През 1786 г. Луиджи Галвани проправя път на идеята за батерията. При експеримент с дисекция на жаба, която била закачена на месингова кука, той забелязва, че когато допре железният скалпел, кракът на жабата потрепва. Физикът вярва, че всичко това се дължи на т.нар. „животинско електричество“, при което енергията, която предизвиква движението, идва от самия крак. Това твърдение на Галвани обаче влиза в противоречие с вярването на Алесандро Волта, че този феномен се проявява заради двата различни метала и влажния проводник между тях. По-късно през 1791г. Волта потвърждава своето твърдение чрез публикуване на свой експеримент.

Раждането на волтовия стълб

Първата официална батерия е волтовият стълб на Алесандро Волта, създадена през 1800 г

През 1800г. докато се занимава със своите изследвания, Волта създава първата мокра клетъчна батерия. Той сглобява това, което днес вече е известно като волтовия стълб, предстваляващ слоеве от мед и цинк, разделени от слоеве картон или плат, напоени в саламура. Волтовият стълб се смята за първата батерия, тъй като произвежда постоянен и стабилен ток. За съжаление обаче изобретението не може да произвежда ток твърде дълго време. Първичната батерия на Волта е с много кратък живот – едва около 1 час. Един от недостатъците на това изобретение включва електролитни течове, които причиняват късо съединение. Друг негатив е образуването на водородни балончета по повърхността на медните дискове, което от своя страна увеличава вътрешното съпротивление на батерията.

Създаването на Даниловите клетки

През 1820г. британският химик Джон Фредерик Даниел започва опити да поправи ограниченията, които волтовият стълб има. Използвайки вторичен електролит, Даниел избягва образуването на водородните балончета. През 1836 г. британецът сътворява  Даниловите клетки, които започват да се използват като източник на енергия поради липса на електрическа мрежа за индустриалните нужди, най-вече за комуникационни устройства (телеграфи). Даниловата батерия е първата, при която започва да се използва живак с цел избягване на образуването на корозия. Тази клетка произвежда 1.1V.

Батерия от поресто глинено гърне

През 1838 г. Джон Дансер използва дизайна на Даниловата клетка и я доразработва. Неговата батерия е съставена в центъра от цинков анод, потопен в глинен съд, съдържащ разтвор на цинков сулфат. Глиненият съд се потапя в кутия, изработена от мед, която съдържа разтвор на меден сулфат. Глината има пореста структура, която позволява преминаването на йоните, но ограничава смесването на разтворите един с друг. Медната кутия действа като катод.

Първата акумулаторна батерия

Всички батерии, изобретявани до този момент,  са първични. След като всички химични реакции протекат в тях, те стават неизползваеми. През 1859г. Гастон Планте решава и този проблем, като създава първата батерия, която може да се зареди и използва отново – той създава оловната батерия. Чрез преминаването на ток при зареждане и разреждане в клетката, батерията може да доставя енергия за по-дълго време. Друг учен с името Камил Алфонс Фауре уголемява оловната батерия. Фауре проектира батерия, състояща се от редуваши се оловни решетки и оловно оксидна паста. Тази комбинация довежда до по-добро представяне на клетката. Отначало оловно-киселите батерии са използвани за захранване на лампите във влаковите вагони.

Карбон-цинкова батерия  или първата суха батерия

През 1866 г. френският учен Лакланше изобретява батерия, съставена от цинков анод и катод от магнезиев диоксид. Като електролит се използва разтвор на амониев хлорид. Ученият добавя карбон  в състава на катода, което увеличава значително срока на годност на батерията. В последствие Лакланше усъвършенства своето произведение, като течния разтвор заменя с пастообразна форма на електролита, което довежда до създаването на първата суха батерия. Тази иновация при батериите е от голямо значение, тъй като позволява акумулаторите да се използват вече в различни устройства и да бъдат транспортирани на големи разстояния, без да се получава разливане на електролита, а оттам и невъзможност за използване на батерията.

Подобрената версия на батерията на Лакланше

През 1886 г. Карл Гаснер създава друга суха батерия, като използва модела на френския си колега Лакланше. В пастообразната форма на амониевия хлорид, той добавя малко количество цинков хлорид с идеята, че така би се увеличил срока на годност на тази батерия. Като резултат, новата незареждаема батерия предлага по-солиден дизайн и 1.5V напрежение. Гаснер получава патент за своята идея през 1887г., като по този начин проправя пътя на първата масово ориентирана батерия, която има възможност да захранва преносими електрически устройства.

Създаването на Ni-Cd батерия

През 1899г. шведският учен Валдемар Юнгер измисля първата никел-кадмиева батерия. Тази батерия е акумулаторна и е съставена от никел и кадмиев електрод, потопен в разтвор на калиев хидроксид. Това е първата батерия, която използва алкален електролит, който дава възможност за по-добра енергийна плътност от оловно-киселите батерии.

Батерията на Едисън

Томас Едисън създава една от първите акумулаторни батерии

През 1903 г. знаменития учен Томас Едисън прави нова патентована версия на никел метал клетката на Юнгер. Едисън прави комбинация от алкална клетка с железен анод и никелов оксид като катод. Той също така използва и калиев хлорид като проводник. Първоначалният замисъл на Едисън бил тази батерия да се използва за автомобили, но в последствие тя намира широко приложение в индустрията и железопътните превози.

Появате на алкалната батерия

Множество от различни алкални батерии с размери АА, ААА, D, 9V

Цинк-карбоновите батерии са първичният източник на енергия докъм края на 1950 г. Основен недостатък на тези батерии обаче бил факта, че предлага кратък срок на годност и може да бъде много лесно окъсена. Инженерът Левис Юри се захваща със задачата да намери решение как да удължи живота на цинк-карбоновата батерия. Той открива, че използването на основа в батериите има много предимства. Така през 1955 г. изобретява алкалната батерия.

Създаването на Литиевите и литиево-йонните батерии

Li-ion батерии 18650

Три са важните открития, които имат голямо значение за създаването на този тип батерии – през 1980г. Джон Гудиноф открива LiCoO2 катод, 1982 г. Рашид Язами открива графитения анод и прави прототип на зареждаема литиева батерия и през 1991г. компанията Сони комерсиализира li-ion батерията.

До този момент учени, изобретатели, инженери и фирми за батерии не спират да търсят начини как да използват наличните ресурси за да съхраняват електроенергия, както и как да подобрят вече създадените батерии. Самият процес  по намирането на начини  за генерирането на енергия вероятно е безкраен и ни очакват много нови и нови открития и иновации. Нека сега разгледаме как хронологично са били създадени различните типове и видове батерии. А как и в каква насока ще се развие технологията при този продукт ще видим в бъдеще.

 

Хронологичен ред на история на батериите

~250г. пр.н.е. – Багдатската батерия

1748 г. – Бенджамин Франклин първи въвежда понятието „батерия“

1786г.  – Луиджи Галвани прави дисекция на жаба и открива т.нар. животински ток

1791г. – Алесандро Волта поттвърждава твърдението си, че феноменът със жабешкия крак се проявява заради двата различни метала и влажния проводник между тях

1800г.  – Алесандро Волта създава първата батерия – Волтовият стълб

1836 г. – Джон Даниел създава Даниловата клетка

1838 г. – Джон Дансър прави подобрение на Даниловата клетка, като въвежда глиненото гърне в състава на акумулатора

1859 г. – Гастон Планте създава първата оловно-кисела акумулаторна батерия

1866 г. – Лакланше създава първата мокра карбон-цинкова батерия .

1868 г. – Лакланше подобрява своята батерия, като добавя всместо разтвор за електролит паста и по този начин изобретява първата суха батерия

1888 г. – Карл Гаснер разработва първата цинк-въглеродна батерия

1899 г. – Валдемар Юнгер сътворява първата Ni-Cd (никел-кадмиева) батерия

1903 г. – Томас Едисън разработва батерията на Юнгер като добавя алкална основа. Тук започват и опитите за създаване на алкални батерии.

1954 г. - Джералд Пиърсън, Калвин Фулър и Дарил Чейпмън изобретяват първата слънчева батерия

1955 г. – Левис Юри създава първата алкална батерия

1956 г. – Фирмата Energizer разработва първата 9V батерия

1976 г. – Учени в лабораторията на фирмата Филипс правят успешен опит за създаването на Ni-Mh (никел-метал хидридна) батерия

1980 г.  – Джон Дугинаф създава LiCoO2 катод, който става основна предпоставка за създаването на литиеви и литиево-йонни батерии

1982 г. – Рашид Язами създава анод от графит и създава прототип на зареждаемата литиева батерия

1991 г. – Фирмата Сони комерсиализира Li-ion батериите

1992 г. – Карл Кордеш, Йозеф Джелсмън  патентоват първата алкална акумулаторна батерия

1995 г. – Спира се производството на живак съдържащи батерии

1996 г. – Майкъл Арманд получава правата за литий железен фосфат

1999г. – Литиево-йонните батерии започват да се произвеждат за масова употреба

2005 г. – Открит е заместител на живака в сребърните батерии с цинков оксид

2009г. – Oткрит е заместител на живака в алкалните батерии тип копчета