電池の開発

昔、人間は「電気」などを絶えず研究・テストしていたのかもしれません。数千年前と思われる粘土の瓶が1932年にイラクのバグダッドの近くで発見されました。それは銅のシリンダーに挿入された鉄の棒を持っています-それは静電気を蓄えるために使われるかもしれませんが、瓶の秘密は決して明らかにされないかもしれません。この土瓶を作った先祖が静電気を知っていたかどうかに関係なく、古代ギリシャ人は絶対に知っていたに違いありません。彼らは、琥珀をこすれば、軽い物体を引き付けることができることを知っていました。 1940年代から1950年代にかけて、発電装置の改良や大気電気現象の研究が物理学者の関心を集めました。 1745年、プロイセンのクライストはワイヤーを使用して摩擦電気を鉄の釘に向けました。ガラス瓶。彼が手で爪に触れたとき、彼は激しく打たれた。おそらくこの発見に触発されて、オランダのライデン大学のメイソンブロックは、1746年に料金を徴収するために「ライデンボトル」を発明しました。彼は、自分が集めていた電気が簡単に消えてしまうのを見て、それを保存する方法を見つけたいと考えました。空の上に。ある日、彼は樽で宙に浮き、モーターで樽に接続し、銅線で樽から引き出し、水が入ったガラス瓶に浸し、助手に片手でガラス瓶を持たせ、メイソンブロックはモーターを激しく振る。このとき、助手が誤ってもう一方の手をバレルで叩いた。彼は突然強い感電を感じて叫んだ。それからメイソンブロックは助手と交換し、助手にモーターを振るように頼んだ。彼は片手で水筒を取り、もう片方の手でバレルに触れました。 1780年、イタリアの解剖学者ルイージガルヴァーニは、カエルを解剖しているときにさまざまな金属製の器具を手に持っていました。彼は誤って同時にカエルの太ももに触れました。カエルの足の筋肉は、まるで電気で刺激されたかのように、すぐにぴくぴく動いた。カエルに触れるために1つの金属デバイスのみが使用されている場合、そのような反応はありません。ルイージ・ガルヴァーニは、この外観は動物の体内で生成された電気によるものだと考えています。彼はそれを「生体電気」と呼んだ。ガルバニの発見は、物理学者から大きな関心を集めました。彼らは、電流を生成する方法を見つけるために、ガルバニの実験を繰り返すために競争しました。イタリアの物理学者ボルトは、多くの実験の後で考えました：ガルバニの「生体電気」は正しくありません。カエルの筋肉が働きます。その要点を証明するために、ボルトはテスト用のさまざまなソリューションに2つの異なる金属片を浸しました。 2つの金属錠剤の1つが溶液と反応する限り、金属シート間に電流を発生させることができることがわかりました。 1799年、イタリアの物理学者Voltは、亜鉛板とブリキを塩水に浸し、2つの金属をつなぐワイヤーに電流が流れていることを発見しました。それで彼は塩水を染み込ませた綿毛や紙の間にたくさんの亜鉛と銀を折りました。両端を手で触ると感電します。このようにして、ボルトは世界初のバッテリー「ボルトスタック」の製造に成功しました。この「ボルトスタック」は、実際には一連のバッテリーです。それは初期の電気実験となり、電信機の電源となりました。 1836年、イギリスのダニエルは「ボルト原子炉」を改良しました。彼は、電解質として希硫酸を使用して電池の分極の問題を解決し、電流を維持できる最初の非分極亜鉛銅電池を作成しました。それ以来、これらのバッテリーはサービス時間の延長とともに電圧が低下します。使用後に電池電圧が下がると、電池電圧が上がります。このバッテリーは充電が可能で繰り返し使用できることから「バッテリー」と呼ばれています。しかし、2枚の金属板の間に液体を充填するためにどのような種類のバッテリーが必要であっても、それを運ぶのは不便です。特に、バッテリーに使用される液体は硫酸であり、移動時に危険です。フランスのGeorgeLeclancheが世界で最も広く使用されている電池（炭素亜鉛電池）の前身を発明したのも1860年でした。その負極は、亜鉛と水銀の合金棒です（亜鉛ボルトのプロトタイプ電池の負極であり、負極材料に最適な金属の1つであることが証明されています）。その正極は、多孔質カップ内の粉砕された二酸化マンガンと炭素の混合物です。カーボンロッドが集電体としてこの混合物に挿入されます。ネガティブカップとポジティブカップの両方が、電解質として塩化アンモニウム溶液に浸されています。このシステムは「ウェットバッテリー」と呼ばれます。 GeorgeLeclanche製の電池はシンプルですが安価でしたが、1880年まで改良された「乾電池」に置き換えられませんでした。負極は亜鉛タンク（つまり電池のシェル）に変更され、電解液はむしろペーストになります液体より。基本的に、これは現在、炭素亜鉛電池として知られています。 1887年、イギリス人ヘラーソンは最も初期の乾電池を発明しました。乾電池電解液はペースト状で、漏れがなく、持ち運びに便利なため、広く使用されています。 1890年、トーマス・エジソンは充電式の鉄とニッケルの電池を発明しました。

バッテリーとは、電解質溶液と金属電極を含み、化学エネルギーを電気エネルギーに変換できるカップ、タンク、その他のコンテナー、または複合コンテナーの一部に電流を生成するデバイスを指します。正極と負極があります。科学技術の進歩に伴い、バッテリーは電気を生成できる小さなデバイスを指します。太陽電池など。バッテリーの性能パラメーターには、主に起電力、容量、比エネルギー、抵抗が含まれます。電池をエネルギー源として、安定した電圧、安定した電流、長期間安定した電源、そして少量の外部からの影響を得ることができます。また、バッテリーの構造はシンプルで持ち運びが簡単で、充電・放電操作もシンプルで簡単で、外部の気候や温度の影響を受けません。パフォーマンスは安定していて信頼性が高く、現代の社会生活のあらゆる面で大きな役割を果たしています。

1746年、オランダのライデン大学のメイソンブロックは、料金を徴収するために「ライデンボトル」を発明しました。彼は、自分が集めた電気が空中に簡単に消えてしまうのを見て、それを保存する方法を見つけたかったのです。ある日、彼は樽で宙に浮き、モーターで樽に接続し、銅線で樽から引き出し、水が入ったガラス瓶に浸し、助手に片手でガラス瓶を持たせ、メイソンブロックはモーターを激しく振る。このとき、助手が誤ってもう一方の手をバレルで叩いた。彼は突然強い感電を感じて叫んだ。それからメイソンブロックは助手と交換し、助手にモーターを振るように頼んだ。彼は片手で水筒を取り、もう片方の手でバレルに触れました。

1780年、イタリアの解剖学者ルイージガルヴァーニは、カエルを解剖しているときにさまざまな金属製の器具を手に持っていました。彼は誤って同時にカエルの太ももに触れました。カエルの足の筋肉は、まるで電気で刺激されたかのように、すぐにぴくぴく動いた。カエルに触れるために1つの金属デバイスのみが使用されている場合、そのような反応はありません。ガルバニは、この外観は動物の体内で生成された電気によるものだと考えています。彼はそれを「生体電気」と呼んだ。

ガルバニの発見は、物理学者から大きな関心を集めました。彼らは、電流を生成する方法を見つけるために、ガルバニの実験を繰り返すために競争しました。イタリアの物理学者ボルトは、多くの実験の後で考えました：ガルバニの「生体電気」は正しくありません。カエルの筋肉は、おそらく筋肉内のある種の液体が作用しているために、電流を生成する可能性があります。その要点を証明するために、ボルトはテスト用のさまざまなソリューションに2つの異なる金属片を浸しました。 2つの金属錠剤の1つが溶液と反応する限り、金属シート間に電流を発生させることができることがわかりました。

1799年、イタリアの物理学者Voltは、亜鉛板とブリキ板を塩水に浸し、2つの金属を接続するワイヤーに電流が流れることを発見しました。そこで、亜鉛板と銀板の間に、塩水に浸したふわふわの布や紙をたくさん入れました。手で両端を触ると強い電流刺激を感じます。このようにして、ボルトは世界初のバッテリー「ボルトスタック」の製造に成功しました。この「ボルトスタック」は、実際には直列のバッテリーパックです。初期の電気実験や電信機の電源になりました。

1836年、イギリスのダニエルは「ボルト原子炉」を改良しました。彼は、電解質として希硫酸を使用して電池の分極の問題を解決し、電流を維持できる最初の非分極亜鉛銅電池を作成しました。それ以来、これらのバッテリーはサービス時間の延長とともに電圧が低下します。

バッテリーを一定時間使用した後に電圧が低下すると、逆電流を流してバッテリー電圧をリバウンドさせることができます。このバッテリーは充電が可能で繰り返し使用できることから「バッテリー」と呼ばれています。

また、1860年には、フランスのジョルジュルクランシュも、世界で広く使用されている電池（炭素亜鉛電池）の前身を発明しました。その負極は亜鉛と水銀の合金棒（亜鉛ボルトプロトタイプ電池の負極であり、負極材料に最適な金属の1つであることが証明されています）であり、その正極は多孔質の2つに粉砕されていますカップ。酸化マンガンと炭素の混合物。カーボンロッドを集電体として混合物に挿入した。負極棒と正極カップの両方を電解液として塩化アンモニウム溶液に浸した。このシステムは「ウェットバッテリー」と呼ばれます。レイクランド製のバッテリーはシンプルだが安価だったので、「乾電池」が交換されたのは1880年のことでした。負極は亜鉛缶（つまり、バッテリーの外側ケーシング）に変更され、電解質は液体ではなくペーストになります。これは基本的に、現在私たちが知っている炭素亜鉛バッテリーです。

1887年、イギリス人のヘレセンは最も初期の乾電池を発明しました。乾電池電解液はペースト状で、漏れがなく、持ち運びに便利なため、広く使用されています。

1890年、トーマス・エジソンは充電式の鉄とニッケルの電池を発明しました。

化学電池では、化学エネルギーから電気エネルギーへの直接変換は、電池内の自発的な酸化、還元、およびその他の化学反応の結果です。この反応は2つの電極で実行されます。負の活性物質は、負の電位を持ち、亜鉛、カドミウム、鉛などの活性金属、水素または炭化水素などの電解質中で安定な還元剤で構成されます。正の活性物質は、正の電位を持つ酸化剤で構成され、二酸化マンガン、二酸化鉛、酸化ニッケル、酸素または空気などの金属酸化物、ハロゲンとその塩、酸化酸とその塩などの電解質中で安定しています。電解質は、酸、塩基、塩の水溶液、有機または無機の非水溶液、溶融塩、固体電解質など、イオン伝導性に優れた材料です。外部回路を外すと、2つの極の間に電位差（開回路電圧）がありますが、電流はなく、バッテリーに蓄えられた化学エネルギーは電気エネルギーに変換されません。外部回路が閉じているとき、2つの電極の電位差の作用下で外部回路を流れる電流があります。同時に、バッテリー内では、電解質に自由電子がないため、電荷の移動には、極性活物質と電解質の間の界面の酸化または還元反応、および反応物および反応生成物。電解質中の電荷の移動は、イオンの移動によっても達成されます。したがって、バッテリー内の通常の電荷移動および材料移動プロセスは、電気エネルギーの通常の出力を保証するための必要条件です。充電中、バッテリーの内部伝達および物質移動プロセスの方向は、放電とは正反対です。反対方向への質量と電気の通常の移動を確実にするために、電極反応は可逆的でなければなりません。したがって、可逆電極反応は電池の形成のための必要条件です。 Gはギブズの反応自由エネルギー増分（コークス）です。 Fはファラデー定数= 96500ライブラリ= 26.8時間です。 Nはバッテリーの反応に相当します。これは、バッテリーの起電力とバッテリーの反応の間の基本的な熱力学的関係であり、バッテリーのエネルギー変換効率を計算するための基本的な熱力学的方程式でもあります。実際、電流が電極を通過するとき、電極電位は熱力学的平衡電極電位から逸脱しなければなりません。この現象は分極と呼ばれます。電流密度（単位電極領域を通過する電流）が大きいほど、分極は厳しくなります。分極は、バッテリーのエネルギー損失の重要な原因の1つです。

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