毎日、私たちは携帯電話、リモコン、電気自動車、さらには車の電源にバッテリーを使用しています。しかし、科学者が電圧計が登場する前の時代に、バッテリーの「電荷」をどのように測定していたのか疑問に思ったことはありませんか？答えはあなたをショックさせるかもしれません—文字通り。彼らは、電気ショックの強度を測るために自分の体を使いました。
1800年、イタリアの科学者アレッサンドロ・ボルタは、最初の真のバッテリーである「ボルタ電池」を発明しました。この原始的な装置は、亜鉛、銀、塩水に浸した厚紙を交互に重ねたものでした。亜鉛と銀の円盤が接触すると、化学反応が電気を発生させ、電気化学エネルギーの夜明けを告げました。
しかし、ボルタとその同時代の人々は、現代の機器なしで、彼らの発明の力をどのように測定したのでしょうか？彼らは大胆な方法に頼りました： 個人的な実験 。科学者たちは、バッテリーの端子を舌や手に置き、結果として生じるショックの強度に頼って電圧を推定しました。衝撃が強ければ強いほど、バッテリーは強力でした。
このアプローチは、危険で主観的ではありましたが、当時の唯一の選択肢でした。これは、初期の研究者が電気を制御しようとすることにどれだけの努力を払ったかを強調しています。幸いなことに、電圧計と電流計の出現により、そのような危険な慣行はすぐに時代遅れになりました。
ボルタの発明は、バッテリー技術に革命を起こしました。科学者たちは彼の設計を改良し、より実用的で安全な代替品である乾電池と鉛蓄電池の開発につながりました。
乾電池 、重要な革新は、液体電解質をペースト状の物質に置き換え、漏れの危険性を排除しました。これにより、懐中電灯やおもちゃなどの日常的なデバイスに最適になりました。それらがない世界を想像してみてください。リモコンは手動調整が必要になり、おもちゃは巻き上げ機構に頼ることになります。
最も一般的な乾電池である亜鉛-炭素電池は、亜鉛陽極、炭素陰極、および二酸化マンガン、塩化アンモニウム、塩化亜鉛のペースト電解質を特徴としています。これらの使い捨て電池は、最初は1.5ボルトを生成しますが、反応物が枯渇すると劣化します。それらの使い捨ての性質は環境廃棄物に貢献しており、充電可能な代替品を求める声が高まっています。
改良されたアルカリ電池は、炭素棒を亜鉛金属と水酸化カリウムペーストに置き換えています。この設計により内部抵抗が減少し、より高い電流とより長い寿命が可能になります。高価ですが、その安定した電圧出力は、高消費電力のデバイスに最適です。
技術的には、単一の乾電池は 電気化学セル であり、バッテリーではありません。真のバッテリーは、連携して動作する複数のセルで構成されています。たとえば、車の鉛蓄電池は6つのセルを組み合わせて12ボルトを供給し、エンジンを始動するのに十分です。
鉛蓄電池は、充電可能な発電所であり、自動車用途で優勢です。各セルには、硫酸に浸された鉛陽極と二酸化鉛陰極が含まれています。放電中、これらのコンポーネントは反応して硫酸鉛と水を形成し、エネルギーを放出します。充電するとプロセスが逆転し、バッテリーが回復しますが、硫酸の蓄積が最終的に寿命を3〜5年に制限するため、不完全です。
リチウムイオン電池や燃料電池などの最新の革新は、より高いエネルギー密度、より速い充電、およびより環境に優しいプロファイルを約束します。すでに電子機器や電気自動車で普及しているリチウムイオン技術は、可逆的なリチウムイオンの移動に依存しています。一方、水素と酸素を使用する燃料電池は、水のみを排出し、クリーンエネルギーの最前線としての地位を確立しています。
バッテリーの消費量が増えるにつれて、適切なリサイクルの必要性も高まっています。廃棄されたバッテリーは重金属を漏出し、生態系を汚染します。消費者は次のことを行う必要があります。
ボルタの最初の火花から今日のリチウムイオンのブレークスルーまで、バッテリーは人間の生活を変革しました。研究が続くにつれて、次世代のエネルギー貯蔵は、安全、効率的、持続可能な方法で、私たちの世界をさらに変革するでしょう。
