الکتریسیته مانند خون در رگها، در همه جوانب زندگی کنونی ما جاری است. امروزه در وسایل ساخته انسان به سختی میتوان چیزی را پیدا کرد که به برق وابسته نباشد یا برق در زنجیره تولید و تامین آن نقش نداشته باشد.
اگر چه الکتریسیته حدود 400 سال پیش کشف شده است ولی بهره برداری اولیه از آن از اوایل 1800 میلادی آغاز شده است.
یکی از نخستین کاربردهای برق در زندگی، روشنایی خیابانها بوده است. برای نمونه در سال 1882 برخی از خیابانهای برلین و در سال 1893 نمایشگاه بین المللی شیکاگو و در سال 1900 نمایشگاه بین المللی پاریس با لامپهای برقی روشن شده اند.
ولی کاربرد باتری به دوران ماقبل تاریخ بر میگردد. درسال 1936 در هنگام ساخت راه آهن بغداد یک باتری ساخته شده از کوزه سفالی کشف شد که قدمتی 2 هزار ساله داشت و مربوط به دوران امپراتوری پارت بود.
در درون این کوزه سفالی محلولی از سرکه قرار داشته و یک میله آهنی که با ورقی از جنس مس احاطه شده بوده داخل این مایع قرار میگرفته است. این باتری اولیه میتوانسته 1.1 تا 2 ولت الکتریسیته تولید کند.
با توجه به اینکه الکتریسیته در آن زمان هنوز کشف نشده بود. پس کاربرد این باتری چه بوده است؟
برخی از دانشمندان معتقدند که از این سیستم باتری برای آبکاری فلزات با فلزات گرانبهایی چون طلا استفاده میشده است.
قدمت آبکاری با این روش در مصر به 4300 سال پیش بازمیگردد. مصریان در آن دوران با همین روش ظروف و اشیاء مسی را با آنتیموان آبکاری میکرده اند.
شواهد باستان شناسی نشان میدهد که نخستین استفاده از این روش در زمان تمدن بابل بوده است که با استفاده از الکترولیت هایی که از آب انگور تهیه میشده، وسایل سنگی خود را با طلا آبکاری میکرده اند.
یکی از نخستین روشهای تولید الکتریسیته در دوران مدرن، تولید الکتریسیته ساکن در سال 1660 میلادی بوده است.
"اتو فون گریکه" آلمانی در این سال با استفاده از یک گوی گوگردی شارژ استاتیکی ایجاد میکرد. با چرخاندن و مالیدن این گوی، اجسامی مانند پر و تکه های کاغذ به آن جذب میشدند.
گریکه نشان داد که جرقه هایی که به هنگام تخلیه شارژ این گوی گوگردی ایجاد میشد ماهیت الکتریکی دارند.
در سال 1745 میلادی "ایوالد گئورگ فون کلیست" بطری لِیدِن یا لایدن را اختراع کرد که یک قطعه الکتریکی ابتدایی بود که بار الکتریکی را روی هادی های الکتریکی داخل و خارج بطری شیشه ای ذخیره میکرد و شبیه خازن عمل میکرد. در هنگامیکه این قطعه شارژ بود، اگر فویل فلزی آنرا لمس میکردی، لرزش (شوک) شدیدی به بدن وارد میکرد.
نخستین کاربرد عملی الکتریسیته ساکن، در تپانچه برقی بود که "الساندرو ولتا" در سالهای 1745 تا 1827 میلادی اختراع کرد. این تپانچه، بطری فلزیای مملو از گاز بود که درب آن با چوب پنبه بسته میشد. از طرفی سوراخی در بدنه آن تعبیه شده بود که از طریق آن یک سر یک میله برنجی به داخل بطری فرو رفته بود. این میله با یک حلقه شیشه ای از فلز بدنه بطری ایزوله شده بود. با در دست گرفتن این ظرف و اتصال میله برنجی به جایی که الکتریسیته ساکن داشت (مانندگوی مولد الکتریسیته ساکن) بین میله برنجی و بدنه فلزی جرقه ایجاد میشد و با اشتعال یا انفجار گاز موجود در ظرف، درب چوب پنبهای آن با شدت و صدایی پاپ مانند، پرتاب میشد.
جالب است بدانیم که این اختراع پایه ی ساخت موتورهای درونسوز بوده است.
در سال 1791 "لوئیجی گالوانی" در هنگام کار در دانشگاه بولونیا در ایتالیا به طور اتفاقی مشاهده کرد که ماهیچه های قورباغه ها در تماس با اشیای فلزی منقبض میشود. این پدیده به عنوان برق حیوانات شناخته شد.
پس از این کشف، ولتا آزمایش هایی را با فلزهای گوناگون انجام داد. فلزهایی چون روی، سرب، قلع و آهن به عنوان قطب مثبت (کاتدها) و مس، نقره، طلا و گرافیت به عنوان قطب منفی (آندها) بکار گرفته شد. توجه و علاقه به برق گالوانیک به سرعت فراگیر شد.
در سال 1800 میلادی ولتا کشف کرد که برخی مایعات در صورت استفاده به عنوان یک رسانا، جریان مداوم الکتریکی ایجاد میکنند. ادامه پژوهش ها بر روی این کشف به تولید نخستین سلول های ولتایی منجر شد که همان باتریهای امروزی هستند.
در سال 1800 "همفری دیوی" مخترع "لامپ های ایمنی معدنکاران" آزمایشهایی برای بررسی تاثیر شیمیایی عبور جریان برق از مواد به انجام رساند و دریافت که جریان الکتریسیته باعث تجزیه برخی از مواد میشود. این پدیده بعدها الکترولیز نامیده شد.
در سال 1802 میلادی "ویلیام کرایکس شانک" نخستین باتری الکتریکی را برای تولید انبوه طراحی کرد. این باتری متشکل از یک جعبه چوبی شیاردار بود که شیتهای هم اندازهای از جنس فلز روی و مس بطور یک در میان در آن قرار گرفته و به هم لحیم شده بودند و فضای بین آنها با آب نمک و یا اسید رقیق به عنوان الكترولیت پر میشد. این طراحی پایه ی باتریهای غوطه ور در اسید شد که هنوز هم کاربرد آنها را شاهد هستیم.
در سال 1836 "جان اف دانیل" شیمیدان انگلیسی، باتری بهبودیافته ای طراحی کرد که جریان برق آن پایدارتر بود.
در سال 1859 فیزیکدان فرانسوی "گاستون پلانته" نخستین باتری شارژ شونده را تولید کرد. این نخستین باتری از نوع سرب-اسیدی بود که هنوز هم کاربردی است. تا پیش از این باتری، همه باتریها یکبار مصرف و غیر قابل شارژ بودند.
در سال 1899 "والدمار یونگنر" سوئدی باتری نیکل-کادمیوم را ساخت. در این باتری از نیکل به عنوان الکترود مثبت (کاتد) و از کادمیوم به عنوان الکترود منفی( آند) استفاده میشد. ولی هزینه بالای مواد آن باعث شد که استفاده از آن محدود باشد.
دو سال بعد ادیسون، کادمیوم را با آهن جایگزین کرد و باتری نیکل-آهن را ساخت ولی به خاطر پایین بودن شاخص انرژی، پایین بودن کارایی در دمای پایین و خالی شدن خودبخودی، این باتری نتوانست جایگاهی پیدا کند.
در سال 1932 "شلخت" و "آکرمن" با نوآوری الکترودهایی که به روش "تفت جوشی" (سینترینگ) تولید شدند توانستند "لود جریان الکتریسیته" و "طول عمر" باتریهای نیکل-کادمیوم را بهبود دهند و این نوع باتری را به باتریهای کارامدی تبدیل کنند. در سال 1947 "گئورگ نویمان" توانست سلهای این نوع باتری را آببندی کند و نیکل-کادمیوم را به باتریهای کابردیای تبدیل کرد که هنوز هم مورد استفاده هستند.
در دهه 90 به خاطر آلودگیهای زیست محیطی این نوع باتری، نگرانیها در اروپا برانگیخته شد و در ادامه تولید و عرضه باتریهای نیکل-کادمیوم در اروپا ممنوع شد و باتریهای "نیکل-متال هیبرید" به عنوان جایگزین معرفی گردید. و همزمان پژوهشها بر روی باتریهای لیتیوم-یون که نخستین بار در سال 1991 توسط سونی به بازار عرضه شده بود شدت پیدا کرد. اکنون باتری های لیتیوم-یون در گوشیهای تلفن همراه، لپ تاپ، دوربین دیجیتال، پاور بانک، تجهیزات پزشکی، خودروها و سایر وسایل حمل و نقل برقی و ماهواره ها کاربرد گسترده ای دارند و پژوهش و سرمایه گذاری برای گسترش تولید آن به شدت رو به رشد است.
تولید برق با استفاده از خاصیت مغناطیسی بسیار دیرتر از باتری مورد توجه واقع شد. در سال 1820 "آندره ماری آمپر" متوجه شد که سیمهای حامل جریان برق گاهی به هم جذب میشوند و گاهی از هم دفع میشوند.
در سال 1831 "مایکل فارادی" نشان داد که با چرخاندن یک صفحه مسی در یک میدان مغناطیسی قوی، جریان الکتریسیته تولید میشود. فارادی با کمک به "همفری دیوی" و تیم پژوهشیاش توانستند با استفاده از آهن ربا و سیم پیچ، یک جریان بیپایان برق تولید کنند. این پژوهشها به تولید ژنراتورهای برق و با معکوس کردن این فرایند به تولید موتورهای الکتریکی امروزی انجامید.
با تولید مبدلها (ترانسفورماتورها) برای تبدیل برق متناوب به هر ولتاژی و توسعه دانش الکترومغناطیس و برق، ژنراتورهای بزرگ ساخته شدند و جریان برق به زندگی انسان وارد شد و انسان با لامپ های ادیسون بر تاریکی شبها غلبه کرد و با توسعه موتورهای الکتریکی صنعت دگرگون شد.
در آغاز نیروگاههای برق جریان مستقیم تولید میکردند که به علت افت جریان در خطوط انتقال، تنها به فواصل محدودی در حد چند مایل قابل انتقال بود. پس از تلاشهای بسیار و پیشنهادهای جنجالی گوناگون برای حل این مشکل، سرانجام یک مهاجر صرب به نام "نیکلا تسلا"، سیستم انتقال برق متناوب چند فازی را ابداع کرد که با بالا بردن ولتاژ جریان متناوب، انتقال چریان برق بدون افت و با استفاده از سیم و کابل های سبک به فواصل بسیار دور عملی شد.
توانایی انتقال جریان به دور دستها موجب پیدایش تلکس برای انتقال پیام ها شد و با اختراع "لامپ خلا" در اوایل 1900 ، نطفه فناوریهای نوین بر پایه الکتریسیته زده شد و با پیدایش اسیلاتورها، "تجهیزات تقویت سیگنال" و "سوییچینگ دیجیتال" از سال 1920 رادیو و در سال 1946 نخستین کامپیوترها پدیدار شدند. با اختراع ترانزیستور در سال 1947 راه برای تولید مدارهای مجتمع در 10 سال پس از آن هموار شد و با پیدایش ریزپردازنده ها عصر اطلاعات آغاز شد و دنیای ما دگرگون شد.
برگرفته از : Battery University