Die Batterie ist eine der wichtigsten künstlichen Erfindungen im Laufe der Geschichte. Heute wird es im Allgemeinen als tragbare Stromquelle verwendet, aber in der Vergangenheit waren Batterien unsere einzige Stromquelle. Ohne seine Konzeption wären moderne Annehmlichkeiten wie Computer, Fahrzeuge und Kommunikationsgeräte möglicherweise nicht möglich gewesen.,
Die früheste Batterie
Bevor Benjamin Franklin in den 1740er Jahren Elektrizität entdeckte, könnte das Konzept der Batterien bereits vor 2.000 Jahren existiert haben. 1983 hat eine Gruppe von Archäologen in Khujut Rabu, einem Dorf in der Nähe von Bagdad, eine Sammlung von Terrakotta-Gläsern entdeckt. Die Gläser enthielten Kupferplatten, die mit einer Eisenstange aufgerollt waren. Wilhelm König, einer der deutschen Archäologen, diskutierte die Möglichkeit dieser Kupfer-Eisen-Kombination als eine Form von galvanischen Zellen, die als Batterie verwendet werden., Wenn Kupfer und Eisen mit einer sauren Flüssigkeit gemischt werden, können sie eine chemische Reaktion erzeugen, die zu Elektrizität führt. Es wird angenommen, dass diese früheste Form der Batterie verwendet wurde, um Gold in die Artefakte der parthischen Zivilisation zu galvanisieren. Die Parthische Dynastie existierte zwischen 250 v. Chr. bis 250 n. Chr.
Die Reise, die zur Schaffung der Batterie führte, wie wir sie heute kennen, beinhaltete eine Erfindung nach der anderen. Werfen Sie einen Blick auf die historische Zeitleiste der Batterie und wie Ideen für diese Entwicklung entstanden sind.,
1786: Froschschenkel und Elektrizität
Luigi Galvani, ein italienischer Physiker, entdeckte einen Hinweis, der den Weg zur Idee der Batterie ebnete. Galvani sezierte einen Frosch, der mit einem eisernen Skalpell an einem Messinghaken befestigt war, und als er das Bein des Frosches berührte, zuckte das Bein. Der Physiker glaubte, dass dies auf „tierische Elektrizität“ zurückzuführen sei, wobei die Energie, die die Bewegung auslöste, vom Bein selbst kam. Dies wurde von Alessandro Volta stark abgelehnt, der glaubte, dass das Phänomen durch die beiden unähnlichen Metalle und einen feuchten Leiter verursacht wurde., Volta verifizierte dieses Konzept durch ein Experiment, das er 1791 veröffentlichte.
1800: Die Geburt des voltaischen Stapels
Volta brachte seine Forschung mit der ersten Nasszellenbatterie weiter. Volta stellte Kupfer-und Zinkschichten zusammen, die durch in Salzlake getränkte Pappe-oder Stoffschichten geteilt waren, und entwickelte einen sogenannten voltaischen Stapel. Der voltaische Stapel ist die erste echte Batterie, die einen stabilen und gleichmäßigen Strom erzeugt. Obwohl der voltaische Stapel konsistente Ströme liefern kann, kann er lange Zeit keinen Strom produzieren., Voltas Batterien bieten nur eine kurze Akkulaufzeit, die maximal eine Stunde wert ist. Einer seiner Mängel sind Elektrolytlecks, die Kurzschlüsse verursachen. Ein weiteres Problem ist die Bildung von Wasserstoffblasen auf dem Kupfer, wodurch der Innenwiderstand der Batterie erhöht wird.
1820: Die Daniell-Zellbatterie
Der britische Chemiker John Frederic Daniell ebnete den Weg, die Einschränkung des voltaischen Stapels durch die Erfindung der Daniell-Zelle zu überwinden. Wasserstoffblasen wurden eliminiert, indem eine zweite Elektrolytlösung verwendet wurde, die vom ersten Leiter hergestellt wurde., Die Daniell-Zelle verwendete Kupfersulfat, das in ein unglasiertes Steingutgefäß eingetaucht war, das mit einer Zinkelektrode und Schwefelsäure gefüllt war. Da es aus porösem Material hergestellt wurde, ließ das Steingutgefäß Ionen durch, verhinderte jedoch das Mischen der Lösungen. Die Daniell-Zelle war auch die erste Batterie, die Quecksilber enthielt, um Korrosion zu reduzieren. Dieser Batterietyp erzeugte 1,1 Volt und wurde ursprünglich zur Stromversorgung von Kommunikationsgeräten verwendet.
1838: Die poröse Topfzelle
Der in Liverpool ansässige Instrumentenbauer John Dancer verwendete das Design der Daniell-Zelle., Diese Batterie bestand aus einer zentralen Zinkanode, die in ein Steingutgefäß eingeweicht war, das eine Zinksulfatlösung enthielt. Der poröse Steinguttopf wird in eine Kupfersulfatlösung eingetaucht, die in einer Kupferdose enthalten ist. Das Kupfer kann als Kathode der Zelle fungieren. Ionen passieren die poröse Barriere, aber die Lösungen werden davon abgehalten, sich zu vermischen.
1859: Die Ankunft Von Bleibatterien
Alle zuvor erfundenen Batterien waren Primärzellen, und so wurden sie nach all ihren chemischen Reaktionen dauerhaft abgelassen., Gaston Planté löste dieses Problem, indem er die erste Batterie schuf, die aufgeladen werden konnte: die Blei-Säure-Batterie. Durch das Leiten eines Lade – und Entladestroms in der Zelle kann die Batterie länger Energie liefern. Ein Wissenschaftler namens Camille Alphonse Faure verbesserte die Bleibatterie. Faure entwarf eine Zelle, die aus einem Bleigittergitter bestand, in das die Bleioxidpaste gepresst wurde. Schichten dieser Plattenkombinationen wurden für mehr Leistung gestapelt. Das erste Modell für eine Blei-Säure-Batterie bestand aus zwei Bleiblättern, die durch eine Spirale bildende Gummistreifen geteilt waren., Blei-Säure-Batterien wurden zuerst verwendet, um Lichter für Zugwagen anzutreiben.
1866: Die Leclanché-Zelle, eine Kohlenstoff-Zink-Batterie
Der französische Wissenschaftler Georges Leclanché erfand eine Batterie aus einer Zinkanode mit einer Mangandioxidkathode, die in ein poröses Material eingewickelt war. Die Zelle verwendete eine Ammoniumchloridlösung als Elektrolyt. Mit Kohlenstoff in die Mangandioxidkathode gemischt, präsentiert diese Batterie schnellere Absorption und längere Haltbarkeit., Leclanché verbesserte diese Batterie, indem er den flüssigen Elektrolyten in eine Pastier-Version einsetzte, was zur Schaffung der ersten Trockenzellenbatterie führte. Es könnte in verschiedenen Ausrichtungen verwendet und ohne Verschütten transportiert werden.
1886: Carl Gassners Version der Leclanché-Zelle
Eine weitere Version der Trockenzelle wurde von Carl Gassner erfunden, der ein deutsches Patent auf eine Variante der Leclanché-Batterie erhielt. Gassner verwendete Gips von Paris, um die Ammoniumchloridpaste herzustellen, die mit einer kleinen Menge Zinkchlorid gemischt wurde, um die Haltbarkeit der Batterie zu verlängern., Infolgedessen bot der Akku ein solideres Design und lieferte 1,5 Volt bei voller Nutzung. Gassner erhielt 1887 ein US-Patent für diese Batterie. Gassners Idee ebnete den Weg für die erste massenzentrierte Batterie, die tragbare elektrische Geräte antreibt.
1899: Die Nickel-Cadmium-Batterie
Waldermar Jungner, ein aus Schweden stammender Wissenschaftler, hat die erste Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd) erfunden. Dies ist eine wiederaufladbare Batterie, die Nickel-und Cadmiumelektroden enthält, die in einer Kaliumhydroxidlösung getränkt sind., Es ist die erste Batterie, die einen alkalischen Elektrolyten verwendet, was ihr wiederum die Möglichkeit gibt, eine bessere Energiedichte als die Blei-Säure-Batterie zu erzeugen.
1903: Die Edison-Batterie
Ein berühmter amerikanischer Wissenschaftler, Thomas Edison, nahm die von Jungner entworfene Nickel-Eisen-Zelle auf und schuf eine weitere patentierte Version davon. Edison verwendete eine alkalische Zelle mit Eisen als Anode und Nickeloxid als Kathode. Er verwendete auch Kaliumchlorid als Leiter. Die Edison-Batterie war ursprünglich für Automobile gedacht., Es fand jedoch eine größere Verwendung auf dem Industrie-und Eisenbahnmarkt und war stark genug, um überladene und ungeladene Perioden zu überleben.
1955: Die Ankunft der Alkalibatterien
Zink-Kohlenstoff-Batterien waren die primäre Energiequelle bis in die späten 1950er Jahre. Aber dieser Batterietyp bietet eine geringe Haltbarkeit und kann leicht entladen werden. Ein Ingenieur namens Lewis Urry wurde von der Eveready Battery Company beauftragt, eine Lösung zur Verlängerung der Lebensdauer von Zink-Kohlenstoff-Batterien zu finden., Urry entdeckte, dass die Verwendung von Alkali in Batterien mehr Vorteile bietet und bei höheren Strömen mehr Energie liefert als bei den Zink-Kohlenstoff-Batterien.
1912: Lithium-und Lithium-Ionen-Batterien
Gilbert Newton Lewis begann mit dem Experimentieren mit Lithiumbatterien, aber erst in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts wurden die ersten Lithiumbatterien im Handel erhältlich., Drei wichtige Entwicklungen waren für die Herstellung dieser Batterien von entscheidender Bedeutung: die Entdeckung der LiCoO2-Kathode durch John Goodenough (1980), die Entdeckung der Graphitanode durch Rachid Yazami (1982) und der Prototyp der wiederaufladbaren Lithiumbatterie von Asahi Chemical, Japan. Sony vermarktete den Lithium-Ionen-Akku 1991.