El desarrollo de baterías

En la antigüedad, es posible que los humanos estuvieran constantemente estudiando y probando cosas como la "electricidad". Una botella de arcilla que se cree tiene miles de años fue descubierta cerca de Bagdad en Irak en 1932. Tiene una barra de hierro insertada en un cilindro de cobre; puede usarse para almacenar electricidad estática, pero es posible que el secreto de la botella nunca se revele. Independientemente de si los antepasados que hicieron esta botella de arcilla sabían sobre la electricidad estática, es seguro que los antiguos griegos lo sabían absolutamente. Sabían que si frotaban un ámbar, podían atraer objetos ligeros. En las décadas de 1940 y 1950, la mejora de los dispositivos de generación de energía y el estudio de los fenómenos de la electricidad atmosférica atrajeron un gran interés por parte de los físicos. En 1745, Kleist de Prusia utilizó cables para dirigir la electricidad de fricción a los clavos de hierro. botellas de vidrio. Cuando tocó el clavo con la mano, recibió un fuerte golpe. Quizás inspirado por este descubrimiento, Mason Brock de la Universidad de Leiden en los Países Bajos inventó la "botella de Leiden" para cobrar cargas en 1746. Quería encontrar una manera de preservarla porque vio que la electricidad que había logrado recolectar podría desaparecer fácilmente. en el aire. Un día, colgó en el aire con un barril, conectó con el barril con un motor, y lo sacó del barril con un alambre de cobre, sumergido en una botella de vidrio que contenía agua, dejó que un asistente Una mano sostuviera la botella de vidrio, y Mason Brock sacude el motor con fuerza. En este momento, su asistente golpeó accidentalmente la otra mano con el cañón. De repente sintió una fuerte descarga eléctrica y gritó. Luego, Mason Brock cambió con el asistente y le pidió al asistente que agitara el motor. Cogió la botella de agua con una mano y tocó el barril con la otra. En 1780, el anatomista italiano Luigi Galvani sostenía en sus manos diferentes instrumentos de metal cuando diseccionaba una rana. Tocó accidentalmente el muslo de la rana al mismo tiempo. Los músculos de las ancas de la rana se contrajeron inmediatamente, como si estuvieran estimulados por la electricidad. Si solo se usa un dispositivo de metal para tocar la rana, no hay tal reacción. Luigi Galvani cree que esta apariencia se debe a una electricidad generada dentro del cuerpo del animal. Lo llamó "bioelectricidad". El descubrimiento de Galvani atrajo un gran interés por parte de los físicos. Compitieron para repetir los experimentos de Galvani en un intento por encontrar una forma de generar corriente. El físico italiano Volt pensó después de muchos experimentos: la "bioelectricidad" de Galvani no es correcta. Los músculos de una rana funcionan. Para probar su punto, Volt sumergió dos piezas de metal diferentes en varias soluciones para probarlas. Se encontró que siempre que una de las dos tabletas de metal reaccione con la solución, se pueden generar corrientes eléctricas entre las láminas de metal. En 1799, el físico italiano Volt sumergió una placa de zinc y una placa de hojalata en agua salada y descubrió que había una corriente que atravesaba el cable que conectaba los dos metales. Entonces dobló una gran cantidad de piezas de zinc y plata entre las hojas de pelusa o papel impregnado de agua salada. Cuando toque ambos extremos con la mano, sentirá una fuerte descarga eléctrica. De esta manera, Volt logró fabricar la primera batería del mundo, la "Volt Stack". Este "Volt Stack" es en realidad una serie de baterías. Se convirtió en uno de los primeros experimentos eléctricos y en una fuente de electricidad para las máquinas Telegraph. En 1836, Daniel del Reino Unido mejoró el "reactor Volt". Usó ácido sulfúrico diluido como electrolito para resolver el problema de polarización de la batería y creó la primera batería de zinc-cobre no polarizada que puede mantener la corriente. Desde entonces, estas baterías tienen disminuciones de voltaje con la extensión del tiempo de servicio. Cuando el voltaje de la batería cae después de un período de uso, el voltaje de la batería aumenta. Debido a que esta batería se puede recargar y se puede usar repetidamente, se le llama "batería". Sin embargo, no importa qué tipo de batería se requiera para llenar el líquido entre las dos placas de metal, es inconveniente transportarlo. En particular, el líquido utilizado por la batería es ácido sulfúrico, que es peligroso al moverse. También fue en 1860 cuando George Leclanche de Francia también inventó el predecesor de la batería más utilizada en el mundo (batería de zinc-carbono). Su electrodo negativo es una varilla de aleación de zinc y mercurio (el electrodo negativo de la batería prototipo de zinc-voltio, que ha demostrado ser uno de los mejores metales para el material del electrodo negativo). Su polo positivo es una mezcla de dióxido de manganeso triturado y carbono en una taza porosa. Se inserta una varilla de carbono en esta mezcla como colector de corriente. Tanto las copas negativas como las positivas se sumergen en soluciones de cloruro de amonio como electrolitos. Este sistema se llama "batería húmeda". Aunque las baterías fabricadas por George Leclanche eran simples pero baratas, no fueron reemplazadas por "baterías secas" mejoradas hasta 1880. El electrodo negativo se modifica en un tanque de zinc (es decir, la carcasa de la batería), y el electrolito se convierte en una pasta más bien que un líquido. Básicamente, esto ahora se conoce como batería de zinc-carbono. En 1887, el inglés Hellerson inventó la primera batería seca. El electrolito de la batería seca es una pasta, sin fugas, fácil de transportar, por lo que se ha utilizado ampliamente. En 1890, Thomas Edison inventó una batería recargable de hierro y níquel.

La batería se refiere a un dispositivo que contiene una solución de electrolito y un electrodo de metal para generar una corriente en una taza, tanque u otro recipiente o parte de un recipiente compuesto que puede convertir la energía química en energía eléctrica. Hay polos positivos y negativos. Con el avance de la ciencia y la tecnología, las baterías se refieren a pequeños dispositivos que pueden generar electricidad. Como las células solares. Los parámetros de rendimiento de la batería incluyen principalmente fuerza electromotriz, capacidad, energía específica y resistencia. Usando baterías como fuente de energía, podemos obtener un voltaje estable, corriente estable, fuente de alimentación estable durante mucho tiempo y una pequeña cantidad de influencia externa. Además, la estructura de la batería es simple, fácil de transportar y la operación de carga y descarga es simple y fácil, y no se ve afectada por el clima y la temperatura externos. El desempeño es estable y confiable, y juega un papel importante en todos los aspectos de la vida social moderna.

En 1746, Mason Brock de la Universidad de Leiden en los Países Bajos inventó la "botella de Leiden" para cobrar cargos. Quería encontrar una manera de preservarlo porque vio que la electricidad que había logrado recolectar podría desaparecer fácilmente en el aire. Un día, colgó en el aire con un barril, conectó con el barril con un motor, y lo sacó del barril con un alambre de cobre, sumergido en una botella de vidrio que contenía agua, dejó que un asistente Una mano sostuviera la botella de vidrio, y Mason Brock sacude el motor con fuerza. En este momento, su asistente golpeó accidentalmente la otra mano con el cañón. De repente sintió una fuerte descarga eléctrica y gritó. Luego, Mason Brock cambió con el asistente y le pidió al asistente que agitara el motor. Cogió la botella de agua con una mano y tocó el barril con la otra.

En 1780, el anatomista italiano Luigi Galvani sostenía en sus manos diferentes instrumentos de metal cuando diseccionaba una rana. Tocó accidentalmente el muslo de la rana al mismo tiempo. Los músculos de las ancas de la rana se contrajeron inmediatamente, como si estuvieran estimulados por la electricidad. Si solo se usa un dispositivo de metal para tocar la rana, no hay tal reacción. Galvani cree que esta apariencia se debe a una electricidad generada dentro del cuerpo del animal. Lo llamó "bioelectricidad".

El descubrimiento de Galvani atrajo un gran interés por parte de los físicos. Compitieron para repetir los experimentos de Galvani en un intento por encontrar una forma de generar corriente. El físico italiano Volt pensó después de muchos experimentos: la "bioelectricidad" de Galvani no es correcta. Los músculos de la rana pueden producir corrientes eléctricas, probablemente porque actúa algún tipo de líquido en los músculos. Para probar su punto, Volt sumergió dos piezas de metal diferentes en varias soluciones para probarlas. Se encontró que siempre que una de las dos tabletas de metal reaccione con la solución, se pueden generar corrientes eléctricas entre las láminas de metal.

En 1799, el físico italiano Volt sumergió una placa de zinc y una placa de hojalata en agua salada y descubrió que pasaba una corriente a través de los cables que conectaban los dos metales. Por lo tanto, puso mucha tela esponjosa o láminas de papel empapadas en agua salada entre las láminas de zinc y las láminas de plata. Cuando toque ambos extremos con la mano, sentirá una fuerte estimulación de corriente. De esta manera, Volt logró fabricar la primera batería del mundo, la "Volt Stack". Esta "pila de voltios" es en realidad un paquete de baterías en serie. Se convirtió en la fuente de energía para los primeros experimentos eléctricos y máquinas de telégrafo.

En 1836, Daniel del Reino Unido mejoró el "reactor Volt". Usó ácido sulfúrico diluido como electrolito para resolver el problema de polarización de la batería y creó la primera batería de zinc-cobre no polarizada que puede mantener la corriente. Desde entonces, estas baterías tienen disminuciones de voltaje con la extensión del tiempo de servicio.

Cuando el voltaje cae después de que la batería se usa durante un período de tiempo, se le puede dar una corriente inversa para hacer que el voltaje de la batería rebote. Debido a que esta batería se puede recargar y se puede usar repetidamente, se le llama "batería".

También es en 1860, el francés George Leclanche también inventó el predecesor de la batería más utilizada en el mundo (batería de carbono-zinc). Su electrodo negativo es una varilla de aleación de zinc y mercurio (el electrodo negativo de un prototipo de batería de zinc-voltio, que demuestra ser uno de los mejores metales para el material del electrodo negativo), y su electrodo positivo es un dos triturado en un poroso. taza. una mezcla de óxido de manganeso y carbono. Se insertó una varilla de carbono en la mezcla como colector de corriente. Tanto la varilla del electrodo negativo como la copa del electrodo positivo se sumergieron en una solución de cloruro de amonio como solución electrolítica. Este sistema se llama "batería húmeda". La batería fabricada por Lakeland era simple pero barata, por lo que no fue hasta 1880 que se reemplazó la "batería seca". El electrodo negativo se modifica en una lata de zinc (es decir, la carcasa exterior de la batería) y el electrolito se convierte en una pasta en lugar de un líquido, que es básicamente la batería de zinc y carbono que conocemos ahora.

En 1887, el inglés Helesen inventó la primera batería seca. El electrolito de la batería seca es una pasta, sin fugas, fácil de transportar, por lo que se ha utilizado ampliamente.

En 1890, Thomas Edison inventó una batería recargable de hierro y níquel.

En una batería química, la conversión directa de energía química en energía eléctrica es el resultado de oxidación espontánea, reducción y otras reacciones químicas dentro de la batería. Esta reacción se lleva a cabo en dos electrodos. Las sustancias activas negativas consisten en agentes reductores que tienen potenciales negativos y son estables en electrolitos, como metales activos como zinc, cadmio y plomo, así como hidrógeno o hidrocarburos. Las sustancias activas positivas consisten en oxidantes con potenciales positivos y son estables en electrolitos, como óxidos metálicos como dióxido de manganeso, dióxido de plomo, óxido de níquel, oxígeno o aire, halógeno y sus sales, ácido óxico y sus sales. Los electrolitos son materiales con buena conductividad iónica, como soluciones acuosas de ácidos, bases y sales, soluciones no acuosas orgánicas o inorgánicas, sales fundidas o electrolitos sólidos. Cuando se desconecta el circuito externo, aunque hay una diferencia de potencial (voltaje de circuito abierto) entre los dos polos, no hay corriente y la energía química almacenada en la batería no se convierte en energía eléctrica. Cuando el circuito externo está cerrado, hay una corriente que fluye a través del circuito externo bajo la acción de la diferencia de potencial de dos electrodos. Al mismo tiempo, dentro de la batería, debido a que no hay electrones libres en el electrolito, la transferencia de carga debe ir acompañada de la reacción de oxidación o reducción de la interfaz entre el material activo polar y el electrolito, y la transferencia de material del reactivos y productos de reacción. La transferencia de carga en el electrolito también se logra mediante la migración de iones. Por lo tanto, el proceso normal de transferencia de carga y transferencia de material dentro de la batería es una condición necesaria para garantizar la salida normal de energía eléctrica. Durante la carga, la dirección de la transmisión interna y el proceso de transferencia de masa de la batería es exactamente opuesta a la descarga; La reacción del electrodo debe ser reversible para asegurar la transferencia normal de masa y electricidad en la dirección opuesta. Por lo tanto, la reacción del electrodo reversible es una condición necesaria para la formación de una batería. G es el incremento de energía libre de la reacción de Gibbs (Coke); F es la constante de Faraday = 96500 biblioteca = 26,8 Una hora; N es el equivalente a la reacción de la batería. Esta es la relación termodinámica básica entre la fuerza electromotriz de la batería y la reacción de la batería, y también es la ecuación termodinámica básica para calcular la eficiencia de conversión de energía de la batería. De hecho, cuando la corriente pasa a través del electrodo, el potencial del electrodo debe desviarse del potencial del electrodo de equilibrio termodinámico. Este fenómeno se llama polarización. Cuanto mayor sea la densidad de corriente (la corriente que pasa a través del área del electrodo unitario), más severa será la polarización. La polarización es una de las causas importantes de la pérdida de energía de la batería.

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