قصة اختراع البطارية الكهربائية

البطارية الكهربائية:

اليوم نتيجة التقدم التكنولوجيا والتطورات العلمية أصبحت البطاريات متوفرة بعدة أحجام مختلفة ولاستخدامات متنوعة، هذا الاختراع صغير الحجم الذي بدونه لا يمكننا من دونه استخدام المعدات التكنولوجية المختلفة، الكثير يعتبر بأنّ اختراع البطارية الكهربائية هي واحدة من أهم الاختراعات في تاريخ البشرية، كانت اكتشافات وتجارب فولتا في البداية فضولًا تقنيًا، لكن اكتشافه للظواهر الكهروكيميائية الجديدة كانت سببًا لاختراعه البطارية الكهربائية التي فتحت بسرعة الباب أمام فروع جديدة لكل من الفيزياء والكيمياء وعدد لا يحصى من التطبيقات.

فقد تأسست صناعات الإلكترونيات وأجهزة الكمبيوتر والاتصالات وهندسة الطاقة والكثير من الصناعات الكيميائية اليوم على الاكتشافات التي أصبحت ممكنة بواسطة البطارية، يرجع الفضل عمومًا إلى أليساندرو فولتا في تطويره لأول بطارية كهربائية، مع أنّ فولتا له اكتشافات في علم الكهرباء الساكنة والأرصاد الجوية، فإنّ اختراعه الأكثر شهرة هو البطارية.

ما هي قصة اختراع البطارية الكهربائية؟

جهود فولتا في ابتكار البطارية الكهربائية:

أجرى فولتا سلسلة من التجارب على الظواهر الكهروكيميائية خلال تسعينيات القرن التاسع عشر، بحلول عام 1800م تقريبًا، كان قد صنع بطاريته والتي عُرفت فيما بعد باسم (voltaic pile) تتكون من أقراص الزنك والفضة مفصولة بطبقات من الورق أو القماش مبللة بمحلول من هيدروكسيد الصوديوم أو محلول ملحي، في نفس العام، أصدر فولتا اكتشافه لمصدر مستمر للكهرباء للجمعية الملكية في لندن.

كانت فرنسا من أوائل الدول التي اعترفت رسميًا باكتشافات واختراعات فولتا، كان هذا في وقت كانت فيه فرنسا تقترب من ذروة التقدم العلمي، تم الترحيب بالأفكار الجديدة لأنها ساعدت في دعم الأجندة السياسية للبلاد، أثارت اكتشافات فولتا إعجاب العالم لدرجة أنّ معهد فرنسا دعاه في نوفمبر 1800 لإلقاء محاضرة ليشرح مبدأ عمل البطارية الكهربائية.

جهود المخترعين في تطوير عمل البطارية الكهربائية:

لقد حققت اكتشافات (Humphry Davy) في اختبار التأثيرات للكهرباء واكتشف أنّ التحلل يحدث من خلال تمرير التيار الكهربائي عبر المواد من خلال تركيب أكبر وأقوى بطارية كهربائية في العالم في خزائن المعهد الملكي بلندن وربط البطارية بأقطاب الفحم التي أنتجت أول ضوء كهربائي، في عام 1802م، صمم (William Cruickshank) أول بطارية كهربائية للإنتاج بالجملة.

قام بترتيب صفائح مربعة من النحاس مع صفائح متساوية الحجم من الزنك موضوعة في صندوق خشبي مستطيل طويل وملحومة معًا، ثم تم ملء الصندوق المختوم بمحلول ملحي أو حمض مخفف، قام الكيميائي (William Cruickshank) ببناء بطارية من الخلايا الكهربائية من خلال دمج ألواح الزنك والنحاس في صندوق خشبي مملوء بمحلول إلكتروليت، تميز هذا التصميم بفاعليته في الاستخدام ويوفر طاقة أكبر من بطاريات فولتا.

أدّت التجارب التي أجريت باستخدام (voltaic pile) في النهاية إلى استنتاج مايكل فاراداي القوانين الكمية للكيمياء الكهربية (حوالي عام 1834)م شكلت قوانينه التي حددت العلاقة الدقيقة بين كمية مادة القطب الكهربائي وكمية الطاقة الكهربائية المطلوبة أساس تقنية البطاريات الكهربائية، تم إنتاج العديد من التجارب حول تحسين مبدأ عمل البطارية الكهربائية حسب نظرية فاراداي، في عام 1836م، قدم جون فريدريك دانييل، الكيميائي البريطاني شكلاً محسنًا من البطاريات الكهربائية.

التي تتكون من النحاس والزنك في حمض الكبريتيك، كانت البطاريات التي ابتكرها دانييل قادرة على توصيل تيارات مستمرة أثناء التشغيل المستمر بكفاءة أكبر بكثير من جهاز فولتا، تم إحداث مزيد من التقدم في عام 1839م من قبل الفيزيائي البريطاني ويليام روبرت جروف لتحسينه في عمل البطاريات الكهربائية.

تتكون من زنك مغمور في حمض الكبريتيك المخفف، مع وعاء مسامي يفصل حمض الكبريتيك عن محلول حمض النيتريك القوي الذي يحتوي على كاثود بلاتيني، استبدل الكيميائي الألماني روبرت فيلهلم بنسن الكربون بالبلاتين وبالتالي ساعد في تعزيز تطور صناعة وعمل البطارية على نطاق واسع، في عام 1859 اخترع غاستون بلانتي من فرنسا وهي أول بطارية كهربائية تجارية عملية لبطارية السيارات الحديثة.

مهّد النموذج الأولي لنظام ثاني أكسيد الزنك والمنغنيز الذي ابتكره المهندس الفرنسي جورج لوكلانشي الطريق لتطوير البطارية الكهربائية الحديثة، كانت النسخة الأصلية من بطاريات (Leclanché) لا تعمل بشكل جيد، حيث كان بها إلكتروليت يتكون من محلول كلوريد الأمونيوم، تم أخيرًا تقديم فكرة استخدام إلكتروليت في صناعة البطاريات الكهربائية في أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر.

شهدت فترة الثلاثينيات والأربعينيات تطوير بطاريات كهربائية من أكسيد الزنك والفضة وأكسيد الزنك والزئبق، كان هذا تطور هائل في صناعة البطاريات الكهربائية، منذ منتصف القرن العشرين أدّت التطورات في التكنولوجيا وتوافر المواد الجديدة إلى ظهور بطاريات أصغر حجمًا لكنها أكثر قوة ومناسبة للاستخدام في مجموعة واسعة من المعدات المحمولة وأيضًا لاستخدامها في المركبات الفضائية وأجهزة الكمبيوتر والهواتف الخلوية والتطبيقات الأخرى.