تاریخچه ی باتری از اشکانیان تا ولتا

شاید مساله مهمی که پس از تولید انرژی مطرح می شود، ذخیره و انباشت حجم زیادی انرژی در فضایی کوچک است. با توجه به اینکه امروزه لوازم سیار و استفاده از آنها گسترش بسیار یافته است. در تمام کاربردها، ایمنی، افزایش انرژی، اندازه کوچکتر و طول عمر طولانی‌تر مطلوب است. توسعه ابرخازن ها و باتری ها به کمک فناوری نانو به این امر کمک کرده است.

اولین باتری ساخت بشر

در زمان فرمانروایی اشکانیان که از ۲۵۰ سال قبل از میلاد مسیح تا ۲۲۶ سال بعد از میلاد ادامه داشت، بخش مهمی از کشور فعلی عراق، از جمله نواحی بغداد جزء امپراطوری ایران به شمار میرفت؛ همچنین تیسفون که در کشور عراقِ امروزی جای گرفته است نام یکی از پایتخت‌های باستانی ایران در این دوران به حساب می آمد.

باستان شناسانی که در آثار تمدن اشکانیان حفاری می کردند در کلبه یک کیمیاگر ایرانی که در زمان اشکانیان زندگی می کرده تعداد زیادی از پیل های اکتریکی کشف کردند. قدمت این پیلها به ۲۰۰ سال پیش از میلاد می‌رسید.

همچنین یک باستان شناس آلمانی به نام ویلهلم کونیگ که در سال ۱۹۶۸ میلادی اداره موزه بغداد را بر عهده داشت و در زیر زمین این موزه به جعبه‌ای برخورد که اشیای عجیبی در خود داشت. او پس از تحقیقاتی به این نتیجه رسید که این وسیله شبیه یک باتری مدرن است. او در مقاله‌ای این مطلب را منتشر کرد و از این وسیله با عنوان باتری باستانی یاد کرد که برای آبکاری و انتقال لایه‌ای از طلا یا نقره از سطحی به سطح دیگر به کار می‌رفته است.

این تئوری توسط دانشمندان دیگری نیز مورد آزمایش قرار گرفت. ویلارد گری، مهندس برق شرکت جنرال الکتریک در ایالت ماساچوست، پس از مطالعهٔ مقالهٔ کونیگ تصمیم گرفت باتری بغداد را بازسازی کند. وی درون کوزهٔ سفالین را با آب انگور، سرکه یا محلول سولفات مس پر کرد و موفق به تولید ولتاژ حدود ۱٫۵ تا ۲ ولت شد.

بله! تمام این شواهد گویای این است که بی شک باتری اختراع ایرانیان در ۲۲۰۰ سال قبل و در زمان امپراتوری اشکانیان بوده است.

اصطلاح باتری از کجا آمد؟

از نظر تاریخی، واژه «باتری» برای توصیف «مجموعه‌ای از اشیا مشابه که برای انجام عملکرد خاصی در کنار هم قرار گرفته‌اند»، مانند یک آتشبار استفاده شده است. در سال ۱۷۴۹ میلادی، بنجامین فرانکلین برای اولین بار از این اصطلاح، به منظور توصیف یک سری خازن استفاده کرد که برای انجام آزمایش‌های الکتریکی خود به هم متصل کرده بود. بعدها این اصطلاح، برای همه سلول‌های الکتروشیمیایی استفاده شد که به منظور فراهم کردن نیروی الکتریکی به هم متصل شده‌اند.

تاریخچه ی باتری

سال ۱۷۸۶ بود که  لوییجی گالوانی دانشمند ایتالیایی منبع ذخیره‏‌سازی الکتریسیته را به جهانیان معرفی نمود. گالوانی متوجه شد که وقتی پای قورباغه‌ای را با دو فلز مختلف لمس کند، ماهیچه‌ی پا تحریک شده و جمع می‌شود. قبلاً کشف شده بود که الکتریسیته می‌تواند ماهیچه را تحریک کند و باعث انقباض آن شود.

در سال ۱۷۸۹ « آلساندرو ولتا » دانشمند ایتالیایی نقطه عطف بسیار مهم بعدی را در تاریخچه باتری رقم زد. او در این سال بر اساس تحقیقات گالوانی، باتری قابل حمل را به دنیا معرفی نمود. وقتی ولتا از کشف گالوانی با خبر شد، آزمایش‌های زیادی با الکتروسکوپ‌های حساس انجام داد تا صحت گفته‌های وی را بررسی کند و پس از مدتی دریافت که منشأ الکتریسیته در پای قورباغه نیست، بلکه از تماس دست با دو فلز حاصل می‌شود. ولتا فرض کرد که حرکت‌های پای قورباغه در اثر برخورد فلزهای متفاوت خیس شده در مایع است. او این آزمایش را به جای جسد قورباغه، با استفاده از یک لباس خیسانده شده در آب‌نمک تکرار کرد که منجر به نتایجی با ولتاژ مشابه شد. ولتا، یافته‌های خود را در سال ۱۷۹۱ منتشر کرد و در سال ۱۸۰۰، اولین باتری را با عنوان پیل ولتایی ساخت.

پیل ولتایی، دو مشکل بزرگ داشت. اول این که وزن ناشی از صفحات روی هم باعث نشت الکترولیت از درون پارچه می‌شد. دوم این که خواص ویژه شیمیایی اجزای تشکیل دهنده، باعث طول عمر بسیار کوتاه باتری می‌شد (حدود ۱ ساعت). تا ۲۰۰ سال بعد، تحقیقات صرف بهبود عملکرد طراحی ولتا و رفع این مشکلات شد.

رفع مشکلات پیل ولتایی

ویلیام کرویکشانگ اسکاتلندی، مشکل نشت را با قرار دادن پیل ولتایی به صورت «باتری افقی» حل کرد.

مشکل دوم (طول عمر کوتاه)، ناشی از تخریب روی بر اثر وجود ناخالصی‌ها و ایجاد حباب‌های هیدروژن بر روی مس بود. در سال ۱۸۳۵ میلادی، ویلیام استورجن کشف کرد که تقویت روی با جیوه، از تخریب آن جلوگیری می‌کند.

شیمیدان بریتانیایی، جان فردریک دانیل از یک الکترولیت ثانویه استفاده کرد. این الکترولیت، جهت جلوگیری از انباشته شدن هیدروژن بر روی کاتد مس، با آن واکنش می‌داد. باتری دو الکترولیتی دانیل، به عنوان سلول دانیل شناخته می‌شود. این باتری، محبوبیت زیادی در فراهم کردن انرژی شبکه‌های نوپای تلگراف داشت.

اولین باتری قابل شارژ

در سال ۱۸۵۹، فیزیکدان فرانسوی، گاستون پلانته با استفاده از دو ورق نورد شده سرب قرارگرفته در اسیدسولفوریک، یک باتری ساخت. با معکوس کردن جریان الکتریکی از طریق باطری، مواد شیمیایی به وضعیت قبلی خود باز می‌گشتند. این شروع اختراع اولین باتری قابل شارژ بود.

در سال ۱۸۸۱، کامیل آلفونس فوره عملکرد طراحی پلانته را با تبدیل ورقه‌های سرب به صفحات سرب بهبود بخشید. این طراحی جدید، تولید باتری‌ها را آسان‌تر کرد. باتری‌های سربی-اسیدی، کاربرد گسترده‌ای در اوتوموبیل‌ها پیدا کرد.

باتری خشک

تا اواخر سده ۱۸۰۰ میلادی، الکترولیت درون باتری‌ها به صورت مایع بود. این مسئله، حمل‌ونقل باتری‌ها را به یک کار بسیار محتاطانه تبدیل کرد. اکثر باتری‌ها، به منظور جابجایی پس از اتصال به مدار ساخته نشده بودند.

در سال ۱۸۶۶، جورجز لکلانشه با استفاده از آند روی، کاتد دی‌اکسید منگنز و محلول آمونیوم کلرید به عنوان الکترولیت، یک باتری ساخت. در حالی که الکترولیت درون سلول لکلانشه، مایع بود، ترکیبات شیمیایی باتری، قدم مهمی برای اختراع باتری‌های خشک به حساب می‌آمد.

کارل گاسنر چگونگی ساخت یک الکترولیت با چسباندن آمونیوم کلرید و گچ پاریس را کشف کرد. او در سال ۱۸۸۶ در آلمان، حق امتیاز ساخت باتری با «سلول خشک» را دریافت کرد.

این سلول‌های خشک که با عنوان «باتری‌های روی-کربن» شناخته می‌شوند، به تولید انبوه رسیده و تا اواخر دهه ۱۹۵۰، به محبوبیت بالایی رسیدند. در حالی که در واکنش شیمیایی این باتری‌ها از کربن استفاده نمی‌شد، نقش اساسی آن به عنوان یک رسانای الکتریکی است.

در دهه ۱۹۵۰ میلادی، اعضای شرکت یونیون کارباید لوییس اری، پائول مارسال و کارل کوردش الکترولیت آمونیوم کلیرید را بر اساس فرمول شیمیایی باتری والدمار جانگنر با یک ماده‌ی قلیایی یا اصطلاحاً آلکالین جایگزین کردند. باتری‌های سلول خشک آلکالین، قابلیت نگه‌داشتن انرژی و عمر مفید بیشتری را نسبت به باتری‌های روی-کربن در اندازه مشابه داشتند.

باتری‌های آلکالین، در دهه ۱۹۶۰ بیشترین محبوبیت را پیدا کردند. این باتری‌ها جایگزین باتری‌های روی-کربن شده و به سلول اولیه استاندارد برای مصرف‌کنندگان تبدیل شدند.

روزشمار باتری

۱۷۴۸: بنیامین فرانکلین برای توصیف آرایه ی صفحه های شیشه ای باردار اصطلاح باتری را ابداع نمود

۱۷۸۰ تا ۱۷۸۶: لوئیجی گالوانی پایه ی الکتریکی تکانه ی عصبی را کشف کرد و همین کشف بود که به مخترعینی نظیر ولتا امکان ساخت باتری را داد.

۱۸۰۰: ساخت پیل ولتا: آلساندرو ولتا پیل ولتا را ابداع نمود و نخستین روش عملی تولید الکتریسیته را کشف کرد. پیل ولتا از صفحه های مدور متناوب مس و روی تشکیل شده است که بین آنها مقواهای نازک نمکین قرار دارد. پیل ولتا نخستین باتری تر بود که توانست جریان الکتریکی قابل اطمینان و ثابتی را تامین کند

۱۸۳۶: باتری دانیل: پیل ولتا نمیتوانست جریان الکتریکی را برای مدت طولانی تامین کند. جان اف. دانیل انگلیسی توانست باتری دانیل را اختراع کند که دو الکترولیت داشت: سولفات مس و سولفات روی. باتری دانیل بیش از باتری یا پیل ولتا دوام داشت. این باتری که ۱٫۱ ولت الکتریسیته تولید می کرد برای تامین برق تلگراف و تلفن استفاده می شد و برای بیش از صد سال هم جهت زنگ درب خانه ها استفاده می شد.

۱۸۳۹: پیل سوختی: ویلیام رابرت گرو نخستین پیل سوختی را در این سال اختراع نمود. این پیل میتوانست با ترکیب هیدروژن و اکسیژن برق تولید کند.

۱۸۳۹ تا ۱۸۴۲: مخترعین باتریهای جدیدی ساختند که از الکترودهای مایع برای تولید برق استفاده می کردند. بانسن (۱۸۳۹) و گرو (۱۸۴۲) موفقترین باتریهای اینچنینی را ساختند.

۱۸۵۹: باتری قابل شارژ: مخترع فرانسوی گاستون پلانته نخستین باتری اسیدی-سربی را اختراع کرد که قابل شارژ بود. این باتریها امروزه بیشتر در اتوموبیلها استفاده می شوند.

۱۸۶۶: پیل کربن-روی للانش: مهندس فرانسوی ژرژ للانش پیل تر کربن-روی را اختراع نمود. پیل للانش نخستین بار در یک ظرف متخلخل ساخته شد. الکترود مثبت محتوی دی اکسید منگنز خرد شده همراه با مقدار کمی کربن بود. قطب منفی میله ای روی بود. کاتد را درون ظرف قرار داده و یک میله ی کربنی را برای تجمیع جریان درون آن قرار می دادند. پس از آن آند یا میله ی روی و ظرف را درون محلول آمونیوم کلراید غوطه ور می کردند. مایع کار الکترولیت را می کرد و به سهولت از ظرف متخلخل تراوش کرده و با ماده ی کاتد تماس می یافت. پس از این اختراع للانش با جایگزین کردن خمیر آمونیوم کلراید به جای مایع الکترولیت و ابداع روشی برای آب بندی باتری نخستین پیل خشک را اختراع نمود که نسبت به باتری تر برتریهایی داشت و ضمناً قابل حمل هم بود.

۱۸۸۱: جی.آ. تیبو نخستین باتری را که در آن هم الکترود منفی و هم ظرف متخلخل در ظرفی از جنس روی قرار می گرفتند اختراع نمود.

۱۸۸۱: کارل گاسنر نخستین باتری خشک (روی-کربن) را ساخت که توفیق تجاری هم یافت.

۱۸۹۹: والدمار یونگر نخستین باتری قابل شارژ نیکل-کادمیومی را ساخت.

۱۹۰۱: باتری قلیایی (آلکالین): توماس آلوا ادیسون باتری قلیایی را ساخت. در این باتری ماده ی آندی (قطب منفی) آهن و ماده ی کاتدی هم اکسید نیکل بود.

۱۹۴۹: باتری قلیایی-منگنز: لو اوری باتری قلیایی کوچکی را در این سال ابداع نمود. این مخترع برای آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت باتری اوریدی (Eveready) در شهر پارما ایالت اوهایو کار می کرد. باتریهای قلیایی پنج تا هشت برابر باتریهای نسل قبلی یعنی روی-کربن دوام دارند.

۱۹۵۴: باتری های خورشیدی: جرالد پیرسون، کالوین فولر و داریل چاپین نخستین باتری خورشیدی را تولید نمودند. باتری خورشیدی انرژی خورشید را به برق تبدیل می کند. مخترعین مجموعه ای از باریکه های سیلیکونی (هرکدام به اندازه ی یک تیغ ریش تراش) را در کنار هم در معرض نور خورشید قرار می دادند و باتری خورشیدی با جذب الکترونهای آزاد نور آنها را به جریان الکتریکی تبدیل می کرد. آزمایشگاه های بل در نیویورک برای تولید باتری در نظر گرفته شدند و شرکت بل روی این باتریها سرمایه گذاری نمود. نخستین مورد استفاده ی عمومی از باتریهای خورشیدی در ۴ اکتبر ۱۹۵۵ در سیستم فرستنده ی تلفنی در آمریکوس ایالت جورجیا بود.

۱۹۶۴: دوراسل تاسیس شد

ندا ساکت یزدی
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.