В этой статье расскажу о первых аккумуляторах, опытах, электромобилях и заряжали ли свои смартфоны люди до нашей эры.
Багдадская батарейка или селевкийская ваза.
Немецкий археолог Вильгельмом Кёнигом в 1936 году при раскопках нашел небольшой глиняный сосуд размером с ладонь, в горлышко которого был вмонтирован стальной стержень, а вокруг него внутри сосуда находился медный цилиндр.
Так вот, с тех пор некоторые считают что этот месопотамский артефакт, или Багдадская батарейка, является прародителем всех аккумуляторных батарей. Но действительно ли люди, жившие до нашей эры, уже вовсю пользовались электричеством, заряжали свои аккумуляторы и смартфоны?
Американский физик Уиллард Ф. Грей воссоздать в 1947 году изготовил точную копию багдадской батарейки, использовав сульфат меди в качестве электролита. Батарейка дала электрический ток с напряжением около 2 вольт.
В 29 выпуске телепередачи «Разрушители легенд» были протестированы терракотовые копии багдадской батарейки: используя лимонный сок как электролит и подключив последовательно 10 штук, удалось получить электричество напряжением около 4 вольт.
Археологи отмечают, что сама демонстрация возможности использования находки в качестве источника электрического тока не доказывает, что она на самом деле так применялась. Не было найдено никакого ни проводников тока, ни сопутствующего электрического оборудования, которое могло бы использовать «батарейки». Вдобавок багдадская батарейка почти идентична найденным сосудам в 25 км к югу от Багдада с известной функцией — они использовались для хранения свитков.
А вот история создания настоящих аккумуляторов начинается с 1800 года, и так, поехали по хронологии наиболее важных открытий в этой области:
1800 год
Физик Алессандро Вольта взял две монеты из разных металлов, и положил их себе в рот – одну на язык, другую – под язык (видимо класть все в рот - привычка из детства во все времена). После этого монеты соединял проволочкой, он чувствовал кисловатый вкус, тот самый вкус, что мы можем чувствовать, лизнув одновременно два контакта батарейки,но гораздо слабее. Из опытов, проведенных раньше, Вольта знал, что такой вкус вызывается электричеством. Вольта предположил, что причиной этого явления служило присутствие двух разных металлов. Руководствуясь этой мыслью, он поставил много опытов и в итоге сделал важное изобретение.
А. Вольта поместил медную и цинковую пластинки в соляной раствор, получив таким образом, первый химический источник тока. Для удобства Вольта придал ему форму вертикального цилиндра (столба), состоящего из соединённых между собой пластин (дисков) из цинка, меди и сукна, пропитанного кислотой. Вольтов столб высотою в полметра создавал напряжение, чувствительное для человека. Эффект получения энергии химическим путем был назван гальванизмом, а первую в мире батарейку назвали гальваническим элементом.
1802 год
Профессор физики Петербургской медико-хирургической академии Василий Петров был хорошо знаком с опытами с вольтовым столбом, производимых как в России, так и за границей, и пришел к выводу о том, что наиболее полное изучение гальванических явлений возможно только при условии создания большой батареи, т.е. источника тока высокого напряжения.
В апреле 1802 г. батарея была готова. Она располагалась в большом деревянном ящике, разделенном по длине на четыре отделения, и состояла из 2100 медно-цинковых элементов. Стенки ящика и разделяющих перегородок были покрыты сургучным лаком. Общая длина гальванической батареи Петрова составляла 12 м — это был самый большой в мире источник электрического тока, напряжение такой батареи равнялось примерно 1700 В. (у русских видимо в крови строить все огромное и массивное)
1803 год
Иоганн Вильгельм Риттер построил аккумуляторную батарею — «сухой столб» (столб Риттера).
Это был первый прообраз аккумулятора, как перезаряжаемого источника электричества (в отличие от батареи Алессандро Вольты, можно было многократно заряжать). Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества.
Дальнейшая история аккумулятора будет связана только с совершенствованием его конструкции и увеличением срока работы.
1859 год
Гастон Планте в Франции создал перезаряжающуюся батарею (аккумулятор) в современном виде, положив начало техники на аккумуляторах. Аккумулятор состоял из 2-х свинцовых пластин одного размера, которые были навиты на деревянный цилиндр. Разделяла их тканевая прокладка. Прибор опускали в сосуд с подкисленной водой, затем соединяли с электрической батареей.
Через несколько часов батарею отключали, а с аккумулятора была возможность снимать довольно сильный ток, сохранявший постоянное значение в течение некоторого времени. Этот аккумулятор на свинцово-кислотной основе используется и сейчас. (о них подробнее я написал тут)
1901 год
Томас Эдисон независимо изобрел никель-железный аккумулятор.
Он использовался как источник энергии для электромобилей, таких как «Detroit Electric» и «Baker Electric» (да-да, электромобили придумал не Илон Маск). Эдисон заявлял, что никель-железные батареи будут «гораздо лучше аккумуляторов, использующих свинцовые пластины и кислоту». (о них подробнее я написал тут)
1947 год
Шведский инженер Вальдмар Юнгнер в 1899 году изобрёл никель-кадмиевый аккумулятор, в котором в качестве положительного электрода использовался никель, а в качестве отрицательного - кадмий. Затем в 1932 году Шлехт и Акерман изобрели спрессованный анод, что привело к более высокому току нагрузки и повышенной долговечности. И лишь в 1947 году после создания Ньюманом полностью герметичного элемента нам стал хорошо известен никель-кадмиевый герметичный аккумулятор. (о них подробнее я написал тут)
1970 год
Британо-американский химик Майкл Стэнли Уиттингем впервые показал принципиальную возможность создания литиевых аккумуляторов. Существенным недостатком таких аккумуляторов являлось низкое напряжение — 2,3 В и высокая пожароопасность вследствие образования дендритов металлического лития, замыкающих электроды.
Позднее в 1980 году американским ученым Дж. Гуденафом были синтезированы другие материалы для катода литиевого аккумулятора. Преимуществом таких аккумуляторов является более высокое напряжение — около 4 В.
1991 год
Акира Ёсино изобрёл современный вариант литий-ионного аккумулятора с анодом из графита и катодом из кобальтита . Первый литий-ионный аккумулятор по его патенту выпустила корпорация Sony в 1991 году. (о них подробнее я написал тут)
В настоящее время ведутся исследования по поиску материалов на основе кремния и фосфора, обеспечивающих повышенную ёмкость. Другие исследования уменьшают эффект старения и повышают срок эксплуатации.
Уиттингем, Гуденаф и Ёсино получили Нобелевскую премию по химии в 2019 году с формулировкой «За создание литий-ионных батарей».
Современная история аккумуляторов на сегодняшний день на этом заканчивается пока что, но работа по созданию новых способом сохранить электроэнергию продолжается. Ждем новых прорывов.
Помимо химических элементов есть много разных других способов. О том как строят башни из земли, копают огромные водохранилища и нагревают воду (да, это тоже виды акккумуляторов, только размером с несколько сотен квадратных километров) можно прочитать в моей следующей статье.
