Начнём с истории

Развитие науки про электричество можно назвать одним из самых удивительных и значимых достижений человечества за последние 400 лет. Но его полезные качества стали использоваться только в 1800-х годах, и то в небольшом количестве. Первое массовое использование было в 1893 году на Всемирной Колумбовой выставке, где поэксплуатировали 250000 электрических ламп. А в 1900 году лампы нашли применение при освещении моста через Сену во время Всемирной выставке в Париже.

Но на основании ряда археологических находок, можно сделать вывод, что разработка батареек началась около 2000 лет назад. В ходе строительства железной дороги на территории Ирака был найден древний артефакт в форме кувшина, который оказался доисторической батарейкой, называемой также Багдадская батарея. В кувшине оказался медный цилиндр, в который вставлялся железный пруток. Данное изобретение могло вырабатывать напряжение от 1,1 до 2,0 вольт.

Но некоторые ученые считают, что это устройство могло использоваться как прибор для гальванопокрытия, а не как источник энергии. 4300 лет назад  древние египтяне умели  покрывать медь слоем сурьмы при помощи гальванизации. На основании археологических данных считается, что в Древнем Вавилоне также применяли технику гальванизации для покрытия ювелирных изделий и в качестве электролита использовали виноградный сок.

Самые ранние эксперименты по использованию электростатики проводил Отто фон Герике в 1660 году, он прикрепил на металлический прут шар из серы, и при трении он мог притягивать перья или маленькие куски бумаги. Также ему удалось доказать, что возникающие в течение опыта искры имеют электрическую природу.



 

В 1700-х годах ученые думали, что электричество имеет свойство текучести, и его можно накопить в сосуде. Но конечно эти предположения были неверны, и ученым в те времена приходилось сталкиваться с большим количеством трудностей в ходе экспериментов с электричеством.

Александро Вольта в 1800 году ставил эксперименты с пластинами из меди и цинк. Он в буквальном смысле пробовал электричество на вкус. Он помещал язык между монетами, соединенными между собой проволокой, и отмечал присутствие кисловатого привкуса. Эти эксперименты привели к открытию гальванического электричества. Также Вольта изобрел «электрический пистолет» (1745-1827). 

В 1791 году Луиджи Гальвани сделал открытие, которое впоследствии назвали «животным электричеством». В ходе опытов он обнаружил, что при касании к мышцам лягушки металлическим предметом, они сокращаются. Воодушевившись результатами данных экспериментов, Александро Вольта начал серию новых исследований. Он стал использовать цинк, свинец, олово и железо в качестве положительных электродов (катод) и медь, серебро, золото, графит в качестве отрицательных (анод). С этих времен гальваническое электричество стало интенсивно изучаться.

1. Первое изобритение батареи

Проводя эксперименты Вольта А. наблюдал, что какие-то из растворов производить поток тока, если в них погрузить электроды. Это происходило в 1800 году, и навело на мысль к созданию гальванического элемента, который сегодня мы называем батарейкой. Ученный пробовал соединять друг за другом ряд из 3-4-5 штук гальванических элементов, тем самым увеличил напряжение тока.

Поставив несколько опытов соединяя разные пары электродов, Вольта понял, что физиологическое раздражение соединений сильней, тогда, когда два разных металла стоят подальше от позиции стоящих рядом металлов(цинк, фольга из олова, олово, свинец, железо, латунь, ртуть, графит и т.д.). В этом процессе, в ряду напряжений и был весь основной эффект; а ткани мышц лягушки – это всего лишь пассивный электромер. Главное активное звено - это металлы, благодаря им и происходит совместная электризация.

Во Франции, открытия Алессандро Вольто, официально были признаны. Тогда, в те годы за новыми идеями стояла ещё и политическая поддержка, что привлекало многих учёных людей. На демонстрации и лекции своих достижений, присутствовал даже Наполеон Бонапарт. Признание и слава была заслуженна честными трудами Вольта. В последствии будет открыт фонд “гениальных первооткрывателей” связанном с открытиями по электричеству.

В том же 1800 году и чуть позднее в 1802 г. были ещё два изобретателя. Гемфри Дэви и Уильям Крюйкшенк. Каждый их них внёс свой вклад в развитие батарей. Первый – Дэви, изобрел взрывобезопасную шахтную лампу, а после, занимаясь изучением химической природы электричества, смог выяснить, что, когда электрический ток проходит через вещество, то происходит разложение этого вещества. Проще говоря, называется это – электролиз. Собрав одну их самых мощных и больших электрических батарей, он смог больше работать над изучением других её свойств, а следовательно получал много новых открытий. Одно из них, батарея подключенная к угольному электроду, которая первая в истории производила электрический след.
Второй изобретатель – Крюйкшенк, смог придумать батарею, которую можно производить массово. Установив в прямоугольной коробке, квадратный лист меди и лист цинка, предварительно спаянные и вставленные в подготовленные пазы в конкретном положении в стенках короба. Заливал электролит из морской воды или кислотой которую разбавлял водой. Так и получилось первая батарея подобная современной.

2. Заряжаемая батарея

Все эти батареи были первичными, так как работали они пока не разрядятся. Но вот уже в 1836 г., химик которого звали Джон Ф. Даниель изобрел батарею, которая могла производить устойчивый ток. Спустя почти пару десятилетий в 1859, уже другой учёный-физик Гастон Планте представил миру свинцово-кислотную аккумуляторную систему.
Дальше было предложено использовать никель и кадмий в качестве катода и анода, но в 1899 г. этот вариант предложенный шведским специалистом Вальдмаром Юнгером, был слишком дорог для массового потребления.
Через два года в 1901 г. Томас Эдисон придумал, что можно вместо кадмия использовать железо. Но всё оказалось не так хорошо, аккумуляторы стали слабо производительными при низких температурах.

Прошел ещё 31 год, и два немецких ученых совместными усилиями придумали спрессовать пластины для никель-кадмиевых аккумуляторов. Так были повышены показатели тока нагрузки и сроков службы батарей. Следующий этап развития произошел в 1947 г., французский учёный изобрёл полностью герметичную модель для будущих никель-кадмиевых аккумуляторов. До 1990-х никель-кадмиевые аккумуляторы были единственно возможными аккумуляторами для портативных устройств, пока не встал вопрос о загрязнении окружающей среды при неправильной их утилизации; по этой причине производители решили переходить на никель-металлгидридные батареи, которые считались более экологичны. Вскоре появилась литий-ионная технология, которая впоследствии стала вытеснять никелевые батареи.

Литий-ионный аккумулятор имеет высокую удельную энергию, прост в зарядке, более экологичный и дешевле. Поэтому на сегодняшний день ученые развивают литий-ионную технологию, ведь она используется не только  для мобильных телефонов, ноутбуков, фототехники, электроинструмента и медицинского оборудования, но также и для электромобилей и спутников.

3. Электричество при помощи магнетизма

1831 год., Майкл Фарадей изучает возможность получения электрического тока, для этого он провел опыты используя медный диск находившийся в мощном магнитном поле в следствии получив постоянную отдачу тока. И вот мы уже видим как удалось изобрести электрический генератор, и за ним электродвигатель. За ними, со временем разработали трансформаторы, они могли регулировать показатели переменного тока, а люди строили большие генераторы выдающие постоянный ток. Дальше пришли первые электродвигатели и лампы Томаса Эдисона.

Произошел скачок в развитии электричества в целом, изобретали и развивали; ТВ, радио, частоты, компьютеры, микросхемы, транзисторы, интегральные схемы и многое другое. С времён открытия электричества и аккумуляторных батарей, человечество стало сильно зависимым от него. Началась информационная эра и весь мир, можно сказать держится и связан этим. Технологии стремительно развились за последнее столетие и дальше будут только лучше и более инновационными.