Batareya tarixi

Batareyalar bugungi kunda shu darajada keng tarqalganki, deyarli koʻzga tashlanmaydi. Ular uzoq va hikoyalarga bogʻliq tarixga hamda teng ravishda ajoyib kelajakka ega boʻlgan nodir ixtiro hisoblanadi. Hozirgi kunda u odatda portativ elektr manbai sifatida ishlatiladi. Uning konsepsiyasisiz kompyuter, transport vositasi va aloqa qurilmalari kabi zamonaviy qulayliklar mavjud boʻlmasligi mumkin. Batareya elektr energiyasiga aylanadigan kimyoviy energiyani oʻzida saqlaydigan qurilmadir. Asosan batareyalar tashqi qurilma orqali oqishga tayyor boʻlgan energiya elektronlarini ishlab chiqaradigan, kichik kimyoviy reaktorlar hisoblanadi.

Benjamin Franklin elektr energiyasini 1740-yillarda kashf etishidan oldin, batareya tushunchasi allaqachon 2000 yil avval mavjud boʻlgan boʻlishi mumkin. 1983-yilda bir guruh arxeologlar Bagʻdod yaqinidagi Xujut Rubu qishlogʻidan terakota (loydan ishlanib xumdonda pishirilgan, sirlanmagan va rang berilmagan, badiiy hamda amaliy ahamiyatga ega boʻlgan buyumlar) idishlar toʻplamini topadi. Koʻzalarda temir tayoq bilan oʻralgan mis qoplamalar bor edi. Nemis arxeologlaridan biri Vilgelm Koʻnig bu temir va mis birikmasini batareya sifatida ishlatiladigan galvanik hujayralar shakli boʻlishi ehtimolini taxmin qildi. Kislotali suyuqlik bilan aralashganda, mis va temir elektr tokini hosil qiladigan kimyoviy reaksiyaga olib kelishi mumkin. Batareyaning bu eng qadimgi shakli Parfiya sivilizatsiyasining artefaktlari uchun oltinni galvanizatsiya (galvanika toki yordamida biror bir metallning sirtini boshqa metall bilan qoplash jarayoni) qilish jarayonida ishlatilgan boʻlishi mumkin deb taxmin qilinadi. Parfiya sulolasi miloddan avvalgi 250-yildan to milodiy 250-yilgacha mavjud boʻlgan.

Dastlabki haqiqiy batareya 1800-yilda italyan fizigi Alessandro Volta tomonidan ixtiro qilingan. Volta mis (Cu) va rux (Zn) dan tayyorlangan disklarni shoʻr suvda namlangan mato bilan ajratib, taxlab chiqdi. Taxlamning har ikki uchiga ulangan simlar doimiy barqaror oqim hosil qiladi. Har bir hujayra (Cu va Zn disklari toʻplami va shoʻr suv) 0,76 Volt tok ishlab chiqaradi. Ushbu qiymatning koʻpaytmasi yigʻilgan elektronlar soniga koʻra olinadi.

Alessandro Volta Napoleonga kashf etgan batareyani koʻrsatmoqda, 1801-yil Parij / wikipedia.org

Eng chidamli batareyalardan biri qoʻrgʻoshin-kislota akkumulyatori boʻlib, 1859-yilda ixtiro qilingan va bugungi kunda ham koʻplab ichki yonuv dvigatelga ega avtomobillarni ishga tushirish uchun foydalaniladigan texnologiyadir. Bu qayta zaryadlanuvchi batareyaning eng qadimgi namunasi hisoblanadi. Bugungi kunda akkumulyatorlar quyosh panellari maydoni yoki podstansiyalar quvvatini butun qishloq va orollarda barqaror taʼminotni yaratish uchun toʻplaydigan yirik Megavatt oʻlchamidan tortib elektron soatlarda ishlatiladigan kichik batareyalargacha boʻlgan oʻlchamga ega.

Batareyalar turli xil kimyoviy moddalarga asoslangan boʻlib, ular odatda 1,0 dan 3,6 V gacha boʻlgan asosiy elektron kuchlanishlarni hosil qiladi. Elektronlarni ketma-ket joylashtirish kuchlanishni oshiradi, ularning parallel ulanishi esa oqim taʼminotini kuchaytiradi. Ushbu prinsip eng kichiklaridan tortib to Megavatt oʻlchamlarigacha kerakli kuchlanish va oqimlarni qoʻshish uchun ishlatiladi.

Mahalliy quyosh yoki shamol tizimlarida ishlab chiqariladigan elektr quvvatini saqlash va keyin bir necha kun davomida uyni qulayroq (odatda tungi) vaqtda quvvatlantirish uchun yetarli kuchga ega yangi modellar ishlab chiqilishi bilan akkumulyator texnologiyasi yana bir pogʻonaga koʻtarilishi kutilmoqda. Eng keng tarqalgan asosiy batareya turi bu uglerodli-rux batareyalaridir. Elektrolit gidroksidi boʻlganda, batareyalar ancha uzoq xizmat qilishi aniqlandi. Bu biz supermarketlardan sotib oladigan ishqoriy batareyalarning xuddi oʻzidir. Bunday birlamchi batareyalarni ishlatib boʻlgach ulardan qutulish muammosini hal etish uchun ularni qayta zaryadlab yana ishlataverishning yoʻlini topish kerak edi. Batareyalar oʻlchami kattalashib borgani sayin bu muammo ham jiddiylashib bordi va ularni tez-tez almashtirish tijorat nuqtayi nazaridan ham foydali emas deb topildi.

Dastlabki qayta zaryad oluvchi batareyalardan biri nikel-kadmiy batareyasi (NiCd) boʻlib, u elektrolit sifatida ishqordan ham foydalanadi. Nikel-metall vodorod (NiMH) batareyalari esa 1989-yilda rivojlangan boʻlib, nikel-kadmiydan koʻra uzoqroq xizmat qiladi. Yangi texnologiyalar koʻpincha ixcham, yuqori quvvatga ega, xavfsiz va qayta zaryadlanuvchi batareyalarni talab qiladi.

Nikel-kadmiy batareyasi (NiCd) / wikipedia.org

Amerikalik fizik professor Jon Gudenof 1980-yilda litiy batareyaning yangi turini ixtiro qildi. Undagi litiy (Li) batareya boʻylab bir elektroddan ikkinchisiga Li+ ioni sifatida oʻtishi mumkin edi. Litiy davriy jadvaldagi eng yengil elementlardan biri boʻlib, u juda katta elektrokimyoviy potensiallarga ega, shuning uchun bu kombinatsiya eng ixcham va yengil hajmlarda mumkin boʻlgan juda ham yuqori kuchlanishlarni hosil qiladi. Bu jarayon litiy-ion batareyaning asosi boʻlib, ushbu yangi akkumulyatorda litiy oʻtish metalli — kobalt, nikel, marganes yoki temir va kislorod bilan katod hosil qilish uchun birlashadi. Kuchlanish qoʻllanganida qayta zaryadlash paytida katoddan musbat zaryadlangan litiy ioni grafit anodiga oʻtadi va litiy metallga aylanadi. Litiy kuchli elektrokimyoviy harakatlantiruvchi kuchga ega boʻlgani uchun agar imkoniyat yaratib berilsa, oksidlanadi, u yana Li+ ioniga aylanish uchun katodga qaytadi va oʻz elektronini kobalt ioniga beradi. Zanjirdagi elektronlarning harakati biz foydalanishimiz mumkin boʻlgan oqimni beradi. Litiy-ion batareyada ishlatiladigan oʻtish metalliga qarab elektronlar yuqori quvvatga ega boʻlishi mumkin, lekin u “termik qochoq” deb ataluvchi hodisaga nisbatan reaksiyaga kirishuvchan va taʼsirchandir.

Litiy-ion batareyasi (chapda) va noutbuk kompyuteri litiy-ion batareyasi (oʻngda) / wikipedia.org

Sony kompaniyasi tomonidan 1990-yillarda ishlab chiqarilgan litiy-kobalt oksidi (LiCoO2) batareyalari holatida esa shunday batareyalarning koʻpchiligi yonib ketishiga olib keldi. Batareya katodlarini nano miqyosdagi materialdan tayyorlanganligi sababli reaksiyaga kirishuvchanligi borasida gap boʻlishi mumkin emas edi. Ammo 1990-yillarda Gudenof litiyli temir va fosfatga asoslangan barqaror litiy-ionli katodni joriy qilish orqali batareya texnologiyasida katta bir oʻsish qildi. Bu katod termal jihatdan barqaror hisoblanadi. Shuningdek, nano miqyosdagi litiy temir fosfati (LiFePO4) yoki litiy ferrofosfati (LFP) materiallari endi tez zaryadlanishi va zaryadsizlanishi mumkin boʻlgan, katta formatli elektronlarga xavfsiz tarzda aylantirilishi mumkinligini anglatadi. Ushbu yangi elektronlar uchun elektr asboblaridan tortib gibrid va elektr transport vositalarigacha koʻplab yangi dasturlar mavjud. Ehtimol, eng yaxshisi, uy xoʻjaliklari uchun maishiy elektr energiyasini zaxira qilib saqlab qoʻyish boʻladi.

Manba: phys.org
Muqova surat: unsplash.com