Die Entwicklung von Batterien

In der Antike haben Menschen möglicherweise ständig Dinge wie "Elektrizität" studiert und getestet. Eine Tonflasche, von der angenommen wird, dass sie Tausende von Jahren alt ist, wurde 1932 in der Nähe von Bagdad im Irak entdeckt. Sie hat eine Eisenstange in einem Kupferzylinder - sie kann zur Speicherung statischer Elektrizität verwendet werden, aber das Geheimnis der Flasche wird möglicherweise nie gelüftet. Unabhängig davon, ob die Vorfahren, die diese Tonflasche hergestellt haben, über statische Elektrizität Bescheid wussten, ist es sicher, dass die alten Griechen dies absolut wussten. Sie wussten, dass sie leichte Gegenstände anziehen konnten, wenn sie einen Bernstein rieben. In den 1940er und 1950er Jahren stießen die Verbesserung von Stromerzeugungsgeräten und die Untersuchung atmosphärischer Elektrizitätsphänomene bei Physikern auf großes Interesse. 1745 verwendete Preußens Kleist Drähte, um die Reibungselektrizität auf Eisennägel zu lenken. Glasflaschen. Als er den Nagel mit der Hand berührte, wurde er hart getroffen. Vielleicht inspiriert von dieser Entdeckung, erfand Mason Brock von der Universität Leiden in den Niederlanden 1746 die "Leiden-Flasche", um Gebühren zu erheben. Er wollte einen Weg finden, sie zu bewahren, weil er sah, dass der Strom, den er gesammelt hatte, leicht verschwinden konnte in der Luft. Eines Tages hing er mit einem Fass in der Luft, das mit einem Motor mit dem Fass verbunden war, und zog es mit einem Kupferdraht aus dem Fass, der in eine Wasserflasche mit Wasser getaucht war. Er ließ einen Assistenten eine Hand die Glasflasche halten. und Mason Brock schüttelt den Motor stark. Zu diesem Zeitpunkt schlug sein Assistent versehentlich mit dem Lauf auf die andere Hand. Er fühlte plötzlich einen starken elektrischen Schlag und schrie. Dann tauschte Mason Brock mit dem Assistenten und bat den Assistenten, den Motor zu schütteln. Er nahm die Wasserflasche in eine Hand und berührte das Fass mit der anderen Hand. 1780 hielt der italienische Anatom Luigi Galvani verschiedene Metallinstrumente in den Händen, als er einen Frosch sezierte. Gleichzeitig berührte er versehentlich den Oberschenkel des Frosches. Die Muskeln der Froschschenkel zuckten sofort, als würden sie durch Elektrizität angeregt. Wenn nur ein Metallgerät verwendet wird, um den Frosch zu berühren, gibt es keine solche Reaktion. Luigi Galvani glaubt, dass dieses Erscheinungsbild auf eine im Körper des Tieres erzeugte Elektrizität zurückzuführen ist. Er nannte es "Bioelektrizität". Die Entdeckung von Galvani stieß bei Physikern auf großes Interesse. Sie konkurrierten darum, Galvanis Experimente zu wiederholen, um einen Weg zu finden, Strom zu erzeugen. Der italienische Physiker Volt dachte nach vielen Experimenten: Galvanis "Bioelektrizität" ist nicht korrekt. Die Muskeln eines Frosches arbeiten. Um dies zu beweisen, tauchte Volt zwei verschiedene Metallstücke zum Testen in verschiedene Lösungen. Es wurde festgestellt, dass, solange eine der beiden Metalltabletten mit der Lösung reagiert, elektrische Ströme zwischen den Metallblechen erzeugt werden können. 1799 tauchte der italienische Physiker Volt eine Zinkplatte und eine Weißblechplatte in Salzwasser und stellte fest, dass ein Strom durch den Draht floss, der die beiden Metalle verband. Also faltete er eine große Anzahl von Zink- und Silberstücken zwischen die mit Salzwasser imprägnierten Flusen oder Papier. Wenn Sie beide Enden mit der Hand berühren, spüren Sie einen starken elektrischen Schlag. Auf diese Weise gelang es Volt, die erste Batterie der Welt, den "Volt Stack", herzustellen. Dieser "Volt Stack" ist eigentlich eine Reihe von Batterien. Es wurde ein frühes elektrisches Experiment und eine Stromquelle für Telegraphenmaschinen. 1836 verbesserte Daniel aus Großbritannien den "Volt-Reaktor". Er verwendete verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt, um das Problem der Batteriepolarisation zu lösen, und schuf die erste nicht polarisierte Zink-Kupfer-Batterie, die den Strom aufrechterhalten kann. Seitdem nimmt die Spannung dieser Batterien mit der Verlängerung der Betriebszeit ab. Wenn die Batteriespannung nach einer bestimmten Nutzungsdauer abfällt, steigt die Batteriespannung an. Da dieser Akku aufgeladen und wiederholt verwendet werden kann, wird er als "Akku" bezeichnet. Unabhängig davon, welcher Batterietyp erforderlich ist, um die Flüssigkeit zwischen den beiden Metallplatten zu füllen, ist es unpraktisch, sie zu transportieren. Insbesondere ist die von der Batterie verwendete Flüssigkeit Schwefelsäure, die beim Bewegen gefährlich ist. Im Jahr 1860 erfand GeorgeLeclanche aus Frankreich auch den Vorgänger der weltweit am häufigsten verwendeten Batterie (Kohlenstoff-Zink-Batterie). Die negative Elektrode ist ein Legierungsstab aus Zink und Quecksilber (die negative Elektrode der Zink-Volt-Prototypbatterie, die sich als eines der besten Metalle für das negative Elektrodenmaterial erwiesen hat). Sein positiver Pol ist eine Mischung aus zerkleinertem Mangandioxid und Kohlenstoff in einem porösen Becher. In diese Mischung wird ein Kohlenstoffstab als Stromkollektor eingesetzt. Sowohl negative als auch positive Becher werden als Elektrolyte in Ammoniumchloridlösungen getaucht. Dieses System wird als "nasse Batterie" bezeichnet. Obwohl die von GeorgeLeclanche hergestellten Batterien einfach, aber billig waren, wurden sie erst 1880 durch verbesserte "Trockenbatterien" ersetzt. Die negative Elektrode wird in einen Zinktank (dh die Hülle der Batterie) umgewandelt, und der Elektrolyt wird eher zu einer Paste als eine Flüssigkeit. Grundsätzlich ist dies heute als Kohlenstoff-Zink-Batterie bekannt. 1887 erfand der Engländer Hellerson die früheste Trockenbatterie. Trockenbatterie-Elektrolyt ist Paste, keine Leckage, leicht zu tragen, daher ist er weit verbreitet. 1890 erfand Thomas Edison eine wiederaufladbare Eisen- und Nickelbatterie.

Batterie bezieht sich auf ein Gerät, das eine Elektrolytlösung und eine Metallelektrode enthält, um einen Strom in einem Becher, Tank oder einem anderen Behälter oder einem Teil eines Verbundbehälters zu erzeugen, der chemische Energie in elektrische Energie umwandeln kann. Es gibt positive und negative Pole. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie beziehen sich Batterien auf kleine Geräte, die Strom erzeugen können. Wie Solarzellen. Die Leistungsparameter der Batterie umfassen hauptsächlich elektromotorische Kraft, Kapazität, spezifische Energie und Widerstand. Mit Batterien als Energiequelle können wir eine stabile Spannung, einen stabilen Strom, eine stabile Stromversorgung über einen langen Zeitraum und einen geringen Einfluss von außen erzielen. Darüber hinaus ist die Batteriestruktur einfach, leicht zu transportieren und der Lade- und Entladevorgang ist einfach und leicht und wird nicht durch das äußere Klima und die Temperatur beeinflusst. Die Aufführung ist stabil und zuverlässig und spielt in allen Aspekten des modernen gesellschaftlichen Lebens eine große Rolle.

1746 erfand Mason Brock von der Universität Leiden in den Niederlanden die "Leiden-Flasche", um Gebühren zu erheben. Er wollte einen Weg finden, es zu bewahren, weil er sah, dass der Strom, den er gesammelt hatte, leicht in der Luft verschwinden konnte. Eines Tages hing er mit einem Fass in der Luft, das mit einem Motor mit dem Fass verbunden war, und zog es mit einem Kupferdraht aus dem Fass, der in eine Wasserflasche mit Wasser getaucht war. Er ließ einen Assistenten eine Hand die Glasflasche halten. und Mason Brock schüttelt den Motor stark. Zu diesem Zeitpunkt schlug sein Assistent versehentlich mit dem Lauf auf die andere Hand. Er fühlte plötzlich einen starken elektrischen Schlag und schrie. Dann tauschte Mason Brock mit dem Assistenten und bat den Assistenten, den Motor zu schütteln. Er nahm die Wasserflasche in eine Hand und berührte das Fass mit der anderen Hand.

1780 hielt der italienische Anatom Luigi Galvani verschiedene Metallinstrumente in den Händen, als er einen Frosch sezierte. Gleichzeitig berührte er versehentlich den Oberschenkel des Frosches. Die Muskeln der Froschschenkel zuckten sofort, als würden sie durch Elektrizität angeregt. Wenn nur ein Metallgerät verwendet wird, um den Frosch zu berühren, gibt es keine solche Reaktion. Galvani glaubt, dass dieses Erscheinungsbild auf eine im Körper des Tieres erzeugte Elektrizität zurückzuführen ist. Er nannte es "Bioelektrizität".

Die Entdeckung von Galvani stieß bei Physikern auf großes Interesse. Sie konkurrierten darum, Galvanis Experimente zu wiederholen, um einen Weg zu finden, Strom zu erzeugen. Der italienische Physiker Volt dachte nach vielen Experimenten: Galvanis "Bioelektrizität" ist nicht korrekt. Die Muskeln des Frosches können elektrische Ströme erzeugen, wahrscheinlich weil eine Art Flüssigkeit in den Muskeln wirkt. Um dies zu beweisen, tauchte Volt zwei verschiedene Metallstücke zum Testen in verschiedene Lösungen. Es wurde festgestellt, dass, solange eine der beiden Metalltabletten mit der Lösung reagiert, elektrische Ströme zwischen den Metallblechen erzeugt werden können.

1799 tauchte der italienische Physiker Volt eine Zinkplatte und eine Weißblechplatte in Salzwasser und stellte fest, dass ein Strom durch die Drähte floss, die die beiden Metalle verbanden. Deshalb legte er viel mit Salzwasser getränktes Flusen- oder Papierblatt zwischen die Zink- und Silberblätter. Wenn Sie beide Enden von Hand berühren, spüren Sie eine starke Stromstimulation. Auf diese Weise gelang es Volt, die erste Batterie der Welt, den "Volt Stack", herzustellen. Dieser "Volt-Stapel" ist eigentlich ein Batteriepack in Reihe. Es wurde zur Stromquelle für frühe elektrische Experimente und Telegraphenmaschinen.

1836 verbesserte Daniel aus Großbritannien den "Volt-Reaktor". Er verwendete verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt, um das Problem der Batteriepolarisation zu lösen, und schuf die erste nicht polarisierte Zink-Kupfer-Batterie, die den Strom aufrechterhalten kann. Seitdem nimmt die Spannung dieser Batterien mit der Verlängerung der Betriebszeit ab.

Wenn die Spannung nach längerem Gebrauch der Batterie abfällt, kann ihr ein Rückstrom zugeführt werden, damit die Batteriespannung zurückprallt. Da dieser Akku aufgeladen und wiederholt verwendet werden kann, wird er als "Akku" bezeichnet.

Es ist auch im Jahr 1860, Frankreichs George Leclanche erfand auch den Vorgänger der weltweit weit verbreiteten Batterie (Kohlenstoff-Zink-Batterie). Seine negative Elektrode ist ein Legierungsstab aus Zink und Quecksilber (die negative Elektrode einer Zink-Volt-Prototypbatterie, die sich als eines der besten Metalle für das negative Elektrodenmaterial herausstellt), und seine positive Elektrode ist eine zerkleinerte Zwei in einer porösen Tasse. eine Mischung aus Manganoxid und Kohlenstoff. Ein Kohlenstoffstab wurde als Stromkollektor in die Mischung eingeführt. Sowohl der negative Elektrodenstab als auch der positive Elektrodenbecher wurden als Elektrolytlösung in eine Ammoniumchloridlösung getaucht. Dieses System wird als "nasse Batterie" bezeichnet. Die von Lakeland hergestellte Batterie war einfach, aber billig, so dass die "Trockenbatterie" erst 1880 ersetzt wurde. Die negative Elektrode wird in eine Zinkdose (dh das äußere Gehäuse der Batterie) umgewandelt, und der Elektrolyt wird eher zu einer Paste als zu einer Flüssigkeit, was im Grunde die Kohlenstoffzinkbatterie ist, die wir jetzt kennen.

1887 erfand der Engländer Helesen die früheste Trockenbatterie. Trockenbatterie-Elektrolyt ist Paste, keine Leckage, leicht zu tragen, daher ist er weit verbreitet.

1890 erfand Thomas Edison eine wiederaufladbare Eisen- und Nickelbatterie.

In einer chemischen Batterie ist die direkte Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie das Ergebnis einer spontanen Oxidation, Reduktion und anderer chemischer Reaktionen innerhalb der Batterie. Diese Reaktion wird an zwei Elektroden durchgeführt. Negative Wirkstoffe bestehen aus Reduktionsmitteln, die negative Potentiale haben und in Elektrolyten stabil sind, wie aktive Metalle wie Zink, Cadmium und Blei sowie Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe. Positive Wirkstoffe bestehen aus Oxidationsmitteln mit positiven Potentialen und sind in Elektrolyten wie Metalloxiden wie Mangandioxid, Bleidioxid, Nickeloxid, Sauerstoff oder Luft, Halogen und seinen Salzen, Oxinsäure und seinen Salzen stabil. Elektrolyte sind Materialien mit guter Ionenleitfähigkeit, wie wässrige Lösungen von Säuren, Basen und Salzen, organische oder anorganische nichtwässrige Lösungen, geschmolzene Salze oder feste Elektrolyte. Wenn der externe Stromkreis getrennt wird, gibt es zwar eine Potentialdifferenz (Leerlaufspannung) zwischen den beiden Polen, aber keinen Strom, und die in der Batterie gespeicherte chemische Energie wird nicht in elektrische Energie umgewandelt. Wenn der externe Stromkreis geschlossen ist, fließt unter der Wirkung der Potentialdifferenz der beiden Elektroden ein Strom durch den externen Stromkreis. Gleichzeitig muss innerhalb der Batterie, da sich keine freien Elektronen im Elektrolyten befinden, die Ladungsübertragung von der Oxidations- oder Reduktionsreaktion der Grenzfläche zwischen dem polaren aktiven Material und dem Elektrolyten und der Materialübertragung des Elektrolyten begleitet sein Reaktanten und Reaktionsprodukte. Die Ladungsübertragung im Elektrolyten erfolgt ebenfalls durch Ionenwanderung. Daher ist der normale Ladungs- und Materialübertragungsprozess innerhalb der Batterie eine notwendige Bedingung, um die normale Ausgabe elektrischer Energie sicherzustellen. Beim Laden ist die Richtung des internen Übertragungs- und Stoffübergangsprozesses der Batterie genau das Gegenteil der Entladung; Die Elektrodenreaktion muss reversibel sein, um den normalen Transfer von Masse und Elektrizität in die entgegengesetzte Richtung zu gewährleisten. Daher ist die reversible Elektrodenreaktion eine notwendige Bedingung für die Bildung einer Batterie. G ist Gibbs reaktionsfreies Energieinkrement (Cola); F ist Faradaysche Konstante = 96500 Bibliothek = 26,8 Eine Stunde; N ist das Äquivalent der Batteriereaktion. Dies ist die grundlegende thermodynamische Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft der Batterie und der Batteriereaktion sowie die grundlegende thermodynamische Gleichung zur Berechnung der Effizienz der Batterieenergieumwandlung. Wenn der Strom durch die Elektrode fließt, muss das Elektrodenpotential vom thermodynamischen Gleichgewichtselektrodenpotential abweichen. Dieses Phänomen nennt man Polarisation. Je größer die Stromdichte (der Strom, der durch den Bereich der Einheitselektrode fließt) ist, desto stärker ist die Polarisation. Die Polarisation ist eine der wichtigsten Ursachen für den Energieverlust der Batterie.

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