Siapa Penemu Baterai

Siapa Penemu Baterai

foto : baterai

Sejarah singkat baterai

Eksperimen

Seorang dipolimatik dan bapak pendiri AS, pertama kali menggunakan istilah “baterai” untuk mendeskripsikan sekumpulan kapasitor yang terhubung dia gunakan untuk eksperimennya dengan listrik. Kapasitor ini berupa panel kaca yang dilapisi logam pada setiap permukaannya. Benjamin Franklin Kapasitor ini diisi dayanya dengan generator statis dan dikosongkan dengan menyentuhkan logam ke elektrodanya. Menghubungkan mereka bersama-sama dalam “baterai” menghasilkan pelepasan yang lebih kuat. Awalnya memiliki arti umum “sekelompok dua atau lebih objek serupa yang berfungsi bersama”, seperti pada baterai artileri, istilah ini kemudian digunakan untuk tumpukan volta dan perangkat serupa di mana banyak sel elektrokimia dihubungkan bersama seperti yang dilakukan Franklin. kapasitor. Saat ini bahkan satu sel elektrokimia, alias sel kering, biasa disebut baterai.

Penemuan

adalah seorang dokter, fisikawan, ahli biologi, dan filsuf Italia, yang menemukan listrik pada hewan. Pada tahun 1780, ia dan istrinya Lucia menemukan bahwa otot-otot kaki katak yang mati berkedut ketika terkena percikan listrik. Galvani meyakini energi yang mendorong kontraksi ini berasal dari kaki itu sendiri. Dia menamai “listrik hewan” ketika dua logam berbeda dihubungkan secara seri dengan kaki katak dan satu sama lain.

Fisikawan dan kimiawan Italia – teman dan rekan ilmuwan Luigi Galvani, tidak setuju, percaya bahwa fenomena ini disebabkan oleh oleh dua logam berbeda yang disatukan melalui perantara lembab. Dia memverifikasi hipotesis ini melalui eksperimen, dan mempublikasikan hasilnya pada tahun 1791. Pada tahun 1800, Volta menemukan baterai pertama yang sebenarnya, yang kemudian dikenal sebagai tumpukan volta. Tumpukan volta terdiri dari sepasang cakram tembaga dan seng yang ditumpuk di atas satu sama lain, dipisahkan oleh lapisan kain atau karton yang direndam dalam air garam (yaitu elektrolit). Berbeda dengan toples Leyden, tumpukan volta menghasilkan listrik yang terus menerus dan arus yang stabil, dan kehilangan sedikit muatan seiring waktu ketika tidak digunakan, meskipun model awalnya tidak dapat menghasilkan tegangan yang cukup kuat untuk menghasilkan percikan api. Alessandro Volta Ia bereksperimen dengan berbagai logam dan menemukan bahwa seng dan perak memberikan hasil terbaik.

Volta percaya bahwa arus listrik adalah hasil dari dua bahan berbeda yang saling bersentuhan—sebuah teori ilmiah kuno yang dikenal sebagai tegangan kontak—dan bukan hasil dari reaksi kimia. Sebagai konsekuensinya, ia menganggap korosi pada pelat seng sebagai cacat yang tidak ada hubungannya dan mungkin dapat diperbaiki dengan mengganti materialnya. Namun, belum ada ilmuwan yang berhasil mencegah korosi ini. Faktanya, korosi diamati lebih cepat ketika arus yang dialirkan lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa korosi sebenarnya merupakan bagian integral dari kemampuan baterai untuk menghasilkan arus. Hal ini, antara lain, menyebabkan penolakan teori tegangan kontak Volta dan mendukung teori elektrokimia.

Seorang ahli bedah dan kimiawan militer Skotlandia, menyelesaikan masalah ini dengan meletakkan unsur-unsur tersebut di dalam kotak, bukan menumpuknya di tumpukan. Ini dikenal sebagai baterai palung. William CruickshankVolta sendiri menemukan varian yang terdiri dari rangkaian cangkir berisi larutan garam, dihubungkan oleh busur logam yang dicelupkan ke dalam cairan. Ini dikenal sebagai Mahkota Piala. Busur ini terbuat dari dua logam berbeda (misalnya seng dan tembaga) yang disolder menjadi satu. Model ini juga terbukti lebih efisien dibandingkan tiang pancang aslinya, meskipun itu tidak terbukti sepopuler itu.

polarisasi, yang menemukan bahwa seng amalgamasi, yang permukaannya telah diberi sedikit merkuri, tidak menderita akibat tindakan lokal.William Sturgeon, yang mana arus pendek pendek akan terbentuk di sekitar kotoran pada seng, sehingga menyebabkan seng terdegradasi. Masalah terakhir ini dipecahkan pada tahun 1835 oleh penemu Inggris aksi lokal, dilawan dalam sel modern dengan tindakan tambahan). Fenomena lainnya adalah fenomena yang disebut 

Meskipun memiliki kekurangan, baterai Volta memberikan arus yang lebih stabil dibandingkan stoples Leyden, dan memungkinkan banyak eksperimen dan penemuan baru, seperti elektrolisis air pertama yang dilakukan oleh ahli bedah Inggri William Nicholson dan ahli kimia Inggris Anthony Carlisle.

Baterai praktis pertama :

Sel Daniell

Seorang profesor kimia asal Inggris bernama John Frederic Daniell menemukan cara untuk memecahkan masalah hidrogen masalah gelembung di Tumpukan Volta dengan menggunakan elektrolit kedua untuk mengonsumsi hidrogen yang dihasilkan oleh elektrolit pertama. Pada tahun 1836, ia menemukan sel Daniell, yang terdiri dari panci tembaga berisi larutan tembaga sulfat, yang di dalamnya direndam wadah gerabah tanpa glasir berisi asam sulfat dan elektroda seng. Penghalang gerabah berpori, sehingga memungkinkan ion melewatinya namun mencegah larutan tercampur.

Sel Daniell merupakan kemajuan besar dibandingkan teknologi yang digunakan pada masa-masa awal pengembangan baterai dan merupakan sumber listrik praktis pertama. Ini memberikan arus yang lebih panjang dan lebih andal dibandingkan sel Volta. Ini juga lebih aman dan tidak korosif. Ini memiliki tegangan operasi sekitar 1,1 volt. Ini segera menjadi standar industri untuk digunakan, terutama dengan jaringan telegraf baru.

Sel Daniell juga digunakan sebagai standar kerja pertama untuk definisi volt, yang merupakan satuan gaya gerak listrik.

sel Bird 

Versi sel Daniell ditemukan pada tahun 1837 oleh dokter rumah sakit Guy Golding Bird yang menggunakan plester penghalang Paris untuk menjaga solusi terpisah. Eksperimen Bird dengan sel ini mempunyai arti penting bagi disiplin baru elektrometalurgi.

Sel pot berpori

Versi pot berpori dari sel Daniell ditemukan oleh John Dancer, seorang Pembuat instrumen Liverpool, pada tahun 1838. Alat ini terdiri dari anoda seng pusat yang dicelupkan ke dalam pot tembikar berpori yang berisi larutan seng sulfat. Selanjutnya, pot berpori tersebut direndam dalam larutan tembaga sulfat yang terdapat dalam kaleng tembaga, yang berfungsi sebagai katoda sel. Penggunaan penghalang berpori memungkinkan ion melewatinya tetapi mencegah larutan tercampur.

Sel gravitasi

Pada tahun 1860-an, seorang Perancis bernama Callaud menemukan varian sel Daniell yang disebut sel gravitasi. Versi yang lebih sederhana ini menghilangkan penghalang berpori. Hal ini mengurangi resistansi internal sistem dan, dengan demikian, baterai menghasilkan arus yang lebih kuat. Baterai ini dengan cepat menjadi baterai pilihan jaringan telegraf Amerika dan Inggris, dan digunakan secara luas hingga tahun 1950-an.

Sel gravitasi terdiri dari toples kaca, di mana katoda tembaga berada di bagian bawah dan anoda seng digantung di bawah tepinya. Kristal tembaga sulfat disebarkan di sekitar katoda dan kemudian toples diisi dengan air suling. Saat arus ditarik, lapisan larutan seng sulfat terbentuk di bagian atas di sekitar anoda. Lapisan atas ini dipisahkan dari lapisan tembaga sulfat bawah karena kepadatannya yang lebih rendah dan polaritas selnya.

Lapisan seng sulfat berwarna bening berbeda dengan lapisan tembaga sulfat berwarna biru tua, sehingga teknisi dapat mengukur masa pakai baterai dengan cepat. Di sisi lain, pengaturan ini berarti baterai hanya dapat digunakan pada peralatan stasioner, jika tidak maka larutan akan tercampur atau tumpah. Kerugian lainnya adalah arus harus terus-menerus ditarik agar kedua larutan tidak tercampur melalui difusi, sehingga tidak cocok untuk penggunaan yang terputus-putus.

Sel Poggendorff

Ilmuwan Jerman Johann Christian Poggendorff mengatasi masalah pemisahan elektrolit dan depolarisasi menggunakan pot gerabah berpori pada tahun 1842. Di Sel Poggendorff, terkadang disebut Sel Grenet berkat karya Eugene Grenet sekitar tahun 1859, elektrolitnya adalah asam sulfat encer dan depolarisasinya adalah asam kromat. Kedua asam tersebut dicampur secara fisik, menghilangkan pot berpori. Elektroda positif (katoda) adalah dua pelat karbon, dengan pelat seng (negatif atau anoda) ditempatkan di antara keduanya. Karena kecenderungan campuran asam bereaksi dengan seng, disediakan mekanisme untuk mengangkat elektroda seng agar bersih dari asam.

Sel menyediakan 1,9 volt. Ini terbukti populer di kalangan peneliti selama bertahun-tahun karena tegangannya yang relatif tinggi; kemampuan yang lebih besar untuk menghasilkan arus yang konsisten dan kurangnya asap, tetapi kerapuhan relatif dari penutup kaca tipisnya dan keharusan untuk menaikkan pelat seng ketika sel tidak digunakan akhirnya membuatnya tidak lagi disukai. Sel ini juga dikenal sebagai 'sel asam kromat', tetapi pada prinsipnya disebut 'sel bikromat'. Nama terakhir ini berasal dari praktik produksi asam kromat dengan menambahkan asam sulfat ke kalium dikromat, meskipun selnya sendiri tidak mengandung dikromat.

Sel yang lebih lengkap dikembangkan dari sel Poggendorff. Meskipun sifat kimianya pada dasarnya sama, kedua asam tersebut sekali lagi dipisahkan oleh wadah berpori dan seng diolah dengan merkuri untuk membentuk amalgam.

Sel Grove

Sel Sel Grove ditemukan oleh orang Wales  William Robert Grove pada tahun 1839. Terdiri dari anoda seng yang dicelupkan ke dalam asam sulfat dan katoda platina yang dicelupkan ke dalam asam nitrat, dipisahkan dengan tembikar berpori. Sel Grove menyediakan arus yang tinggi dan hampir dua kali lipat tegangan sel Daniell, yang menjadikannya sel favorit di jaringan telegraf Amerika pada suatu waktu. Namun, alat ini mengeluarkan asap oksida nitrat yang beracun saat dioperasikan. Tegangan juga turun tajam seiring dengan berkurangnya muatan, yang menjadi tanggung jawab seiring dengan berkembangnya jaringan telegraf yang semakin kompleks. Platinum dulu dan masih sangat mahal.

Baterai isi ulang dan sel kering

Menemukan baterai timbal-asam, baterai pertama yang dapat diisi ulang dengan mengalirkan arus balik melalui baterai tersebut. Sel asam timbal terdiri dari anoda timbal dan katoda timbal dioksida yang direndam dalam asam sulfat. Kedua elektroda bereaksi dengan asam menghasilkan timbal sulfat, namun reaksi pada anoda timbal melepaskan elektron sedangkan reaksi pada timbal dioksida mengkonsumsi elektron, sehingga menghasilkan arus. Reaksi kimia ini dapat dibalik dengan mengalirkan arus balik melalui baterai, sehingga baterai dapat diisi ulang.Gaston PlantéSampai saat ini, semua baterai yang ada akan terkuras secara permanen ketika semua reaksi kimianya habis. Pada tahun 1859, 

Model pertama Planté terdiri dari dua lembaran timah yang dipisahkan dengan strip karet dan digulung menjadi spiral. menemukan versi yang lebih baik yang terdiri dari kisi-kisi kisi-kisi timah yang di dalamnya ditekankan pasta oksida timbal, sehingga membentuk pelat. Beberapa pelat dapat ditumpuk untuk kinerja yang lebih baik. Desain ini lebih mudah diproduksi secara massal.Camille Alphonse Faure

Baterai timbal-asam masih digunakan hingga saat ini pada mobil dan aplikasi lain di mana bobot bukanlah faktor yang besar. Prinsip dasarnya tidak berubah sejak tahun 1859. Pada awal tahun 1930-an, elektrolit gel (bukan cairan) yang dihasilkan dengan menambahkan silika ke sel bermuatan digunakan dalam baterai LT pada radio tabung vakum portabel. Pada tahun 1970-an, versi “tersegel” menjadi umum (umumnya dikenal sebagai “sel gel” atau “SLA”), yang memungkinkan baterai digunakan di berbagai posisi tanpa kegagalan atau kebocoran.

Saat ini, sel diklasifikasikan sebagai “primer” jika sel tersebut menghasilkan arus hanya sampai reaktan kimianya habis, dan “sekunder” jika reaksi kimia dapat dibalik dengan mengisi ulang sel. Sel timbal-asam adalah sel “sekunder” pertama.

Sel Leclanché

Pada tahun 1866, Georges Leclanché menemukan baterai yang terdiri dari anoda seng dan a katoda mangan dioksida yang dibungkus dengan bahan berpori, dicelupkan ke dalam stoples berisi larutan amonium klorida. Katoda mangan dioksida juga memiliki sedikit karbon yang tercampur di dalamnya, sehingga meningkatkan konduktivitas dan penyerapan. Ini memberikan tegangan 1,4 volt. Sel ini mencapai kesuksesan yang sangat cepat dalam pekerjaan telegrafi, persinyalan, dan bel listrik.

Bentuk sel kering digunakan untuk memberi daya pada telepon masa awal—biasanya dari kotak kayu yang berdekatan dan dipasang pada baterai sebelum telepon dapat mengambil daya dari saluran telepon itu sendiri. Sel Leclanché tidak dapat menyediakan arus berkelanjutan untuk waktu yang lama. Dalam percakapan yang panjang, baterai akan habis, sehingga percakapan tidak terdengar. Hal ini karena reaksi kimia tertentu di dalam sel meningkatkan resistansi internal dan dengan demikian menurunkan voltase. Reaksi ini akan berbalik ketika baterai dibiarkan menganggur, sehingga hanya baik untuk penggunaan sesekali.

Sel seng-karbon, sel kering pertama

Tahun 1812 adalah baterai kering bertegangan tinggi namun hanya mampu mengalirkan arus dalam jumlah kecil. Berbagai eksperimen dilakukan dengan selulosa, serbuk gergaji, kaca pintal, serat asbes, dan gelatin.Tumpukan Zamboni

Pada tahun 1886, Carl Gassner memperoleh paten Jerman pada varian sel Leclanché, yang kemudian dikenal sebagai sel kering karena tidak mempunyai elektrolit cair bebas. Sebagai gantinya, amonium klorida dicampur dengan plester Paris untuk membuat pasta, dan sedikit seng klorida ditambahkan untuk memperpanjang umur simpan. Katoda mangan dioksida dicelupkan ke dalam pasta ini, dan keduanya disegel dalam cangkang seng, yang juga berfungsi sebagai anoda. Pada bulan November 1887, ia memperoleh Paten AS 373.064 untuk perangkat yang sama.

Berbeda dengan sel basah sebelumnya, sel kering Gassner lebih padat, tidak memerlukan perawatan, tidak tumpah, dan dapat digunakan dalam orientasi apa pun. Ini memberikan potensi 1,5 volt. Model pertama yang diproduksi secara massal adalah sel kering Columbia, yang pertama kali dipasarkan oleh National Carbon Company pada tahun 1896. NCC menyempurnakan model Gassner dengan mengganti plester Paris dengan karton melingkar, sebuah inovasi yang memberikan lebih banyak ruang untuk katoda dan membuat baterai lebih mudah dipasang. Ini adalah baterai pertama yang mudah digunakan oleh banyak orang dan membuat perangkat listrik portabel menjadi praktis, dan mengarah langsung pada penemuan senter.

Mengembangkan desain sel keringnya sendiri. Desain Hellesen diklaim mendahului desain Gassner.Wilhelm Hellesen

Pada tahun 1887, baterai kering dikembangkan oleh  dari Jepang, kemudian dipatenkan pada tahun 1892.Yai Sakizō Pada tahun 1893, baterai kering Yai Sakizō dipamerkan di Pameran Kolumbia Dunia dan mendapat banyak perhatian internasional.

NiCd, baterai alkaline pertama

Menemukan baterai nikel-kadmium, yaitu baterai isi ulang yang memiliki elektroda nikel dan kadmium di dalamnya. larutan kalium hidroksida; baterai pertama yang menggunakan elektrolit basa. Baterai ini dikomersialkan di Swedia pada tahun 1910 dan mencapai Amerika Serikat pada tahun 1946. Model pertama kuat dan memiliki kepadatan energi yang jauh lebih baik dibandingkan baterai timbal-asam, namun harganya jauh lebih mahal.Waldemar Jungner

Besi-nikel

Baterai besi-nikel yang diproduksi antara tahun 1972 dan 1975 dengan merek “Exide”, awalnya dikembangkan pada tahun 1901 oleh Thomas Edison< /span>.

mematenkan baterai nikel-besi pada tahun 1899, tahun yang sama dengan paten baterai Ni-Cad miliknya, namun ternyata baterai tersebut lebih rendah dibandingkan baterai kadmium dan, sebagai konsekuensinya, tidak pernah repot mengembangkannya. Ini menghasilkan lebih banyak gas hidrogen ketika diisi, yang berarti tidak dapat disegel, dan proses pengisiannya kurang efisien (namun, lebih murah).

Melihat cara untuk mendapatkan keuntungan di pasar baterai timbal-asam yang sudah kompetitif, Thomas Edison bekerja pada tahun 1890-an untuk mengembangkan baterai berbasis alkaline yang dapat dipatenkannya. Edison mengira jika ia memproduksi mobil listrik bertenaga baterai yang ringan dan tahan lama akan menjadi standar, dengan perusahaannya sebagai vendor baterai utama. Setelah banyak percobaan, dan mungkin meminjam dari desain Jungner, dia mematenkan baterai nikel-besi berbasis alkaline pada tahun 1901. Namun, pelanggan mendapati model baterai alkaline nikel-besi pertamanya rentan terhadap kebocoran sehingga menyebabkan masa pakai baterai menjadi pendek, dan kinerjanya juga tidak jauh lebih baik daripada sel timbal-asam. Meskipun Edison mampu memproduksi model yang lebih andal dan bertenaga tujuh tahun kemudian, pada saat itu Model T Ford yang murah dan andal telah menjadikan mobil bermesin bensin sebagai standarnya. Namun demikian, baterai Edison mencapai kesuksesan besar dalam aplikasi lain seperti kendaraan rel listrik dan diesel-listrik, menyediakan daya cadangan untuk sinyal perlintasan kereta api, atau untuk menyediakan daya untuk lampu yang digunakan di tambang.

Baterai alkaline yang umum

Yang bekerja untuk Union Carbide di Laboratorium Penelitian Parma Perusahaan Karbon Nasional, ditugaskan untuk menemukan cara untuk memperpanjang umur baterai seng-karbon, namun Urry memutuskan bahwa baterai alkaline lebih menjanjikan. Sebelumnya, harga baterai alkaline yang tahan lama sangatlah mahal. Baterai Urry terdiri dari katoda mangan dioksida dan anoda seng bubuk dengan elektrolit alkali. Menggunakan bubuk seng memberi anoda luas permukaan yang lebih besar. Baterai ini dipasarkan pada tahun 1959.Lewis UrryHingga akhir tahun 1950-an, baterai seng–karbon terus menjadi baterai sel utama yang populer, namun masa pakai baterainya yang relatif rendah menghambat penjualan. Pada tahun 1955, seorang insinyur bernama 

Baterai nikel-hidrogen memasuki pasar sebagai subsistem penyimpan energi untuk satelit komunikasi komersial.

Baterai nikel-logam hidrida (NiMH) tingkat konsumen pertama untuk aplikasi yang lebih kecil muncul di pasaran pada tahun 1989 sebagai variasi dari baterai nikel-hidrogen tahun 1970-an. Baterai NiMH cenderung memiliki masa pakai yang lebih lama dibandingkan baterai NiCd (dan masa pakainya terus meningkat seiring produsen bereksperimen dengan paduan logam baru) dan, karena kadmium bersifat racun, baterai NiMH tidak terlalu merusak lingkungan.

Litium adalah logam dengan kepadatan paling rendah dan dengan potensi elektrokimia serta rasio energi terhadap berat yang paling besar. Berat atom yang rendah dan ukuran ion yang kecil juga mempercepat difusinya, sehingga menunjukkan bahwa bahan ini merupakan bahan yang ideal untuk baterai.Eksperimen dengan baterai litium dimulai pada tahun 1912 di bawah pimpinan G.N. Lewis , namun baterai litium komersial baru dipasarkan pada tahun 1970-an. Sel primer lithium tiga volt seperti tipe CR123A dan sel tombol tiga volt masih banyak digunakan, terutama pada kamera dan perangkat yang sangat kecil.

Menemukan nano baru -carbonacious-PAS (poliasen)Shizukuni Yata dan Tokio Yamabe, menemukan anoda grafit (timah negatif) dengan elektrolit padat. Pada tahun 1981, ahli kimia Jepang Rachid Yazami katoda (timah positif) dan seorang ilmuwan riset Maroko, 2, menemukan LiCoOJohn B. Goodenough dan menemukan bahwa itu sangat efektif untuk anoda dalam elektrolit cair konvensional. Hal ini mendorong tim peneliti yang dikelola oleh Akira Yoshino dari Asahi Chemical, Jepang, untuk membuat prototipe baterai lithium-ion pertama pada tahun 1985, versi baterai litium yang dapat diisi ulang dan lebih stabil; Sony mengkomersialkan baterai litium-ion pada tahun 1991.

Pada tahun 1997, baterai lithium polimer dirilis oleh Sony dan Asahi Kasei. Baterai ini menahan elektrolitnya dalam komposit polimer padat, bukan dalam pelarut cair, dan elektroda serta pemisahnya dilaminasi satu sama lain. Perbedaan terakhir memungkinkan baterai dibungkus dalam pembungkus yang fleksibel, bukan dalam wadah logam yang kaku, yang berarti baterai tersebut dapat dibentuk secara khusus agar sesuai dengan perangkat tertentu. Keunggulan ini menjadikan baterai litium polimer lebih disukai dalam desain perangkat elektronik portabel seperti ponsel dan asisten digital pribadi, serta pesawat yang dikendalikan radio, karena baterai tersebut memungkinkan desain yang lebih fleksibel dan ringkas. Baterai ini umumnya memiliki kepadatan energi yang lebih rendah dibandingkan baterai litium-ion biasa.

Pada tahun 2019, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, dan Akira Yoshino, dianugerahi Hadiah Nobel Kimia 2019, atas pengembangan lithium-ion mereka baterai.