История создания щелочных батареек — это увлекательный путь от первых экспериментов с электричеством к разработке современных источников питания, которые мы используем в повседневной жизни.
Начнем с этимологии
Термин «батарея» происходит от французского слова «batterie», которое в свою очередь происходит от глагола «battre» – «бить». Изначально «batterie» означало соединение нескольких однотипных приборов, устройств в единую систему или установку для эффективного совместного действия.
Впоследствии термин «батарея» стал употребляться в более широком смысле для обозначения соединения однотипных предметов.
В контексте электротехники, термин «батарея» применяется для обозначения совокупности гальванических элементов, соединенных для усиления тока или напряжения. Важно отметить, что в быту термин «батарея» нередко применяется к одиночным гальваническим элементам, например, к пальчиковым элементам питания, что с точки зрения научной терминологии является некорректным.
#Как всё начиналось
История создания щелочных батареек берёт своё начало в XVIII веке, когда итальянский анатом Луиджи Гальвани начал проводить эксперименты с электричеством и живыми организмами. Его работа с лягушками, в частности — их ногами, позволила ему сделать удивительное открытие. Гальвани заметил, что при воздействии статическим электрическим током мышцы лягушек сокращаются. Он интерпретировал это явление как проявление "живого электричества", мысль о том, что живые организмы могут генерировать электрическую энергию, вдохновила его на дальнейшие эксперименты.
Одним из наиболее значительных моментов в его исследованиях стало применение двух различных металлов: когда они были размещены на разных концах лягушачьих лапок, мышцы сокращались даже без внешнего электрического воздействия. Гальвани пришёл к выводу, что именно сами мышцы вырабатывают электричество и поделился своими наблюдениями с коллегами, включая физика Алессандро Вольта, который, обладая научным подходом и опытом, решил глубже исследовать эту тему.
Алессандро Вольт, внимательно изучив идеи Гальвани, создал в 1800 году "вольтовый столб", который стал первым прототипом батареи. Он сконструировал столб высотой около 50 см, чередуя пластины из цинка и меди, между которыми помещался ворс, вымоченный в серной кислоте. Эта конструкция позволила создать непрерывный электрический ток благодаря химической реакции, которая проходила между металлами и электролитом. Вольтово изобретение произвело настоящую сенсацию в научном мире, открыв новые горизонты для электротехники. Однако, не смотря на успех, практическое применение "вольтового столба" оказалось проблемным: он был ненадежным, протекал и поддавался коррозии.
#Прорыв Жоржа Лекланше
Следующий значимый шаг в разработке батарей произошёл в 1866 году благодаря французскому изобретателю Жоржу Лекланшу. Он создал первый практический элемент питания, сумма успехов которого включала не только использование знаний Вольта о том, как металлы взаимодействуют в электролите, но и иновационные изменения в конструкции и составе батареи. Лекланше использовал цинковую пластину в качестве анода и диоксид марганца с углем в качестве катода, помещая их в растворе соляной кислоты. Это был первый элемент питания, который можно было использовать в быту.
#Устранение недостатков: инновации с электролитом
Несмотря на то что разработка Лекланше стала значительным шагом вперёд, ей всё равно не хватало устойчивости. Проблема протекания электролита оставалась актуальной.
Чтобы решить проблему текущих утечек, Жорж Лекланше добавил крахмал в электролит, загустив его. Это нововведение значительно улучшило эксплуатационные характеристики батареи. Кроме того, другие учёные начали разрабатывать более совершенные растворы, добавляя гипс и гидрофильные вещества, что в итоге привело к созданию «сухих» элементов.
#Эволюция и дальнейшие шаги
К середине XX века область накопителей претерпела значительные изменения, и в 1959 году на полках магазинов появились первые щелочные батарейки. Современные щелочные батарейки — это сложные устройства, основанные на носителях ионного транспорта. В них на аноде используется цинк, а на катоде — диоксид марганца, и электролитом служит раствор калийного гидроксида (щелочь). Процесс, происходящий в батареях, включает обмен электронами между анодом и катодом, что создает электрическое напряжение и электрический ток.
Упрощенно это можно представить следующим образом: цинковая пластина окисляется, отдавая электроны и образуя положительный ион, в то время как диоксид марганца восстанавливается, поглощая электроны.
С учетом современных требований к электропитанию в условиях быстрого развития технологий и увеличивающейся зависимости от электроники, потребность в более эффективных аккумуляторах будет только возрастать. Исследования в этом направлении продолжаются, и ученые уже рассматривают различные способы улучшения производительности, такие как применение новых материалов и технологий, например, использование литий-ионных и литий-серных технологий.
Некоторые источники предполагают, что в будущем нас ожидает переход к более безопасным и экологически чистым вариантам, таким как батареи на основе натрия и водородных топливных элементов. Интерес к этому направлению также связан с непрерывным развитием и глубинным исследованием активных материалов, которые могут улучшить долговечность и эффективность.
#Заключение
Научная база, лежащая в основе работы щелочных батарей, продолжает развиваться. Разработки, основанные на новых материаловедческих подходах и нанотехнологиях, могут привести к созданию ещё более эффективных источников энергии в будущем. Таким образом, история щелочных батареек — это не только рассказ о научных открытиях, но и о постоянном стремлении к совершенствованию и оптимизации технологий, которые сопровождают нас в повседневной жизни.
Щелочные (алкалиновые) батарейки СТАРТ на OZON: https://ozon.onelink.me/SNMZ/u4d7tpw0