Добрый день, читатель. Современную жизнь уже нельзя представить без окружающих нас различных гаджетов. Никто не будет спорить с тем, что они значительно упрощают и облегчают нашу жизнь. Однако, здесь есть и обратная сторона медали.
Ведь начав пользоваться всеми благами цивилизации, никто не хочет оказаться в ситуации, когда любимый гаджет внезапно откажет. Основной причиной этого может быть разряженный аккумулятор или севшая батарейка.
Поэтому перед тем, как выйти из дома, мы обязательно проверяем заряд на смартфоне, на смарт-часах, беспроводных наушниках, да и вообще на всех гаджетах с батарейками.
История создания
Реклама нам везде очень ненавязчиво подсказывает, что батарейки именно этой фирмы имеют новый состав, который позволяет ей работать дольше, чем обычные модели. А смартфоны? Ведь теперь выбирая смартфон, мы наряду с другими параметрами, обязательно обращаем внимание на тип и ёмкость аккумулятора.
В нашем сознании уже прочно засела мысль о том, что химические источники тока появились вместе с различными гаджетами лишь недавно. Однако, это утверждение не совсем верно. Многие читатели будут удивлены, но создание химических источников тока имеет долгую историю и напрямую связано с открытием физических законов, объясняющих природу электрического тока.
Более того, открытия археологов, мягко скажем, озадачивают. Так, ещё в 1936 году в Ираке около Багдада, немецкими археологами был обнаружен интересный артефакт, возрастом больше двух тысяч лет. На первый взгляд, вроде бы ничего интересного — обычные черепки, остатки глиняного сосуда.
Однако, при внимательном изучении оказалось, что верхняя часть этого сосуда была залита битумом, а внутри него находился медный цилиндр, который был помещён стальной стержень.
Учёные предположили, что это не что иное, как древний химический источник тока. Осталось только добавить электролит, как всё заработает.
В 1947 году эта догадка была доказана опытным путём американскими учёными. Восстановив батарею, они в качестве электролита применили сульфат меди (медный купорос). Действительно, напряжение, которое создавал древний химический источник тока, составляло 2 В.
Можно только догадываться, зачем предкам могла потребоваться такая батарейка. Кроме того, у этой теории нашлись критики. Они утверждали, что это не что иное, как обычный сосуд для хранения свитков.
Создание современных химических источников тока имеет свою историю. Ведь вначале, вплоть до конца восемнадцатого века, учёные изучавшие физику для исследования природы электричества применяли совсем другие «устройства». Это были куски янтаря, шары из серы, стеклянные трубки и даже нити из различных материалов.
Так учёные проводили различные эксперименты со статическим электричеством. А сам термин «электричество» был введён в широкое обращение в 1600 году благодаря работам английского учёного Уильяма Гилберта. К его заслугам следует отнести предложение рассматривать отдельно сами понятия магнетизма и электричества.
Однако, такие источники не позволяли обеспечить создание электрического тока, который мог протекать хотя бы несколько секунд. Настоящий прорыв связан с работами Луиджи Гальвани. Кстати, даже в наше время сохранилось название «гальванический элемент», которым называют некоторые химические источники тока.
В 1771 году была случайно открыта способность сокращения мышц под воздействием электрических зарядов. Дальнейшие исследования «животного электричества» привели другого учёного, Алессандро Вольта в 1880 году к изобретению «вольтова столба» — первого химического источника тока.
Конструкция такого источника тока представляла собой размещённые последовательно пары пластинок из цинка и меди, между которыми были помещены прокладки из картона. Эти прокладки были пропитаны раствором щёлочи.
Позже учёный улучшил конструкцию и поместил металлические пластины в чаши с раствором кислоты, причём чаши были расположены по окружности, а пластины соединялись последовательно. Впоследствии такую батарею стали называть «вольтовой короной».
Позже созданием химических источников тока заинтересовались другие учёные, которые смогли улучшить конструкцию и увеличить величину вырабатываемого напряжения. Так, в 1802 году, русскому учёному Василию Петрову удалось изготовить батарею, состоящую из 4200 пластин. Сами пластины были изготовлены из меди и цинка.
Напряжение, которое выдавала батарея, составляло 1700 В, а теоретические расчёты показывали возможность получения напряжения в 2500 В. При помощи такой батареи, Петров в 1803 году получил впервые в мире электрическую дугу, при помощи которой он плавил металлы и освещал помещение.
Весьма интересным изобретением является создание в 1840 году Оксфордского электрического звонка.
Он продолжает работать и в настоящее время!
Источником тока для звонка служат два замбониевых элемента питания, названных так по имени физика и священника Джузеппе Дзамбони. В 1812 году он собрал батарею из кружков бумаги, на которых с одной стороны был нанесён слой цинка, а на другой стороне была нанесена смесь двуокиси марганца и растительной камеди. В качестве электролита выступала влага, которая содержалась в самой бумаге.
Отличительной чертой батарей такой конструкции была их огромная ёмкость. Однако, сила тока, который вырабатывали такие батареи, была очень мала, поэтому они не годились для практического применения и не получили широкого распространения.
Дальнейшие работы различных учёных были направлены на применение различных материалов и улучшению конструкции химических источников тока. Так, в 1803 году, учёным Иоганном Риттером был создан первый прообраз аккумуляторной батареи.
Она включала 50 соединённых вместе круглых медных пластин, между которыми было помещено сукно с электролитом. Такую батарею можно было заряжать после чего, она сама становилась источником тока.
Немецкому учёному Вильгему Зинстеену удалось улучшить характеристики батареи, заменив медные пластины на свинцовые. Также в качестве электролита была использована серная кислота. Однако и это изобретение не получило широкого распространения.
Более успешным был французский учёный Гастон Планте, который и считается изобретателем свинцово-кислотного аккумулятора. Его аккумулятор также состоял из двух свинцовых пластин, между которыми помещалась специальная ткань. Пластины с тканью были помещены в раствор кислоты с водой.
В дальнейшем как конструкция, так и материалы свинцово-кислотных батарей будут непрерывно улучшаться, что приведёт к созданию современных аккумуляторов.
Перспективы
Следует отметить, хотя это и является личным убеждением автора, что будущее в развитии мобильных источников тока будет не за химическими, а за бета-гальваническими или бетавольтаническими элементами. Такие элементы принципиально отличаются от предшественников.
Ведь их работа основана на преобразовании излучения радиоактивных веществ в электрический ток. Хотя сейчас даже сама идея использования «ядерной» батарейки в различных носимых устройствах кажется очень опасной, вполне вероятно, что уже в ближайшем будущем они смогут составить конкуренцию химическим элементам.
Принцип работы такого источника тока основан на преобразовании в электрический ток бета-излучения, которое даёт радиоактивный элемент. На этот элемент нанесено покрытие из искусственно выращенных алмазов. В результате взаимодействия излучения на алмазное покрытие образуется электрический ток.
К преимуществам такого источника тока относится значительный срок службы, который может составлять несколько сотен или даже тысяч лет. Также можно выпускать источники тока практически любой формы, работающие в любых, даже самых экстремальных условиях окружающей среды.
В США разработкой бета-гальванических элементов занимается компания Nano Diamond Battery. В России также занимаются подобными разработками. В 2020 году учёные из НИТУ «МИСиС» представили образец такой батареи, срок службы которой составляет 20 лет.
Благодаря особенностям её конструкции, разработчикам удалось увеличить эффективность и мощность, а себестоимость снизить на 50%.
Заключение
В заключение следует отметить, что хотя сейчас даже сама мысль о том, что рядом с человеком будет находиться устройство с радиоактивным источником, выглядит довольно сомнительно.
Однако такие источники тока разрабатываются для использования в устройствах, которые применяются различных, порой экстремальных условиях. Со временем уверен, учёным удастся создать мощные, безопасные и долговечные источники тока, благодаря которым необходимость в частой зарядке аккумуляторов отпадёт.
