Borys Shevchuk / 123RF Den moderne verden, i al sin storhed og kompleksitet, løber af en chokerende primalkraft, en der har strømmet gennem menneskekroppe længe før den første motor blev bygget. Elektricitet, den samme kraft, der har holdt menneskers hjerter bankende, så længe der har været menneskelige hjerter at slå, i dag strømmer gennem civilisationens årer og driver skyskrabere, vi arbejder i, og telefonerne i vores lommer.
Selvom de store producenter af elektricitet, kolosser som Hoover Dam, kan være den mest visceralt imponerende, er menneskelig beherskelse af elektriske strømme måske mest imponerende i form af batterier. Nogle små nok til at sidde på en spids af en finger, batterier driver mange af de enheder, vi bruger hver dag: telefoner, bærbare computere, lommelygter, ure. De har været en allestedsnærværende del af livet i årtier nu, men hvor mange af os ved, hvordan de arbejder?
Under deres enkle ydre, en simpel mekanisme
Et typisk alkalisk batteri vil være kendt for mange mennesker, i det mindste udefra. Generelt indkapslet i en metalcylinder har batteriet to ender markeret som + (positiv) og - (negativ). De to ender af et batteri er terminaler, der er forbundet med elektroder i batteriet: den positive ende forbinder til en katode, mens den negative ende forbinder til en anode. En separator inde i batteriet holder de to i at røre, samtidig med at der strømmer strøm mellem dem. Mellem de to ender er en elektrolytpasta, et stof, der giver mulighed for strøm af elektrisk strøm.
Elektroner ønsker naturligvis at strømme fra den negative ende (hvor der er overskydende elektroner) til den positive ende (hvor der er åbne rum for elektroner), men de kan ikke gøre det, fordi separatoren blokerer deres vej. Ved at forbinde de positive og negative ender af festen dannes et kredsløb, der tillader elektrisk strøm at strømme.
Når et batteri tilsluttes en enhed, såsom en lommelygte eller fjernbetjening, etableres der et kredsløb, og der opstår kemiske reaktioner i anoden og katoden. I anoden opstår en oxidationsreaktion, hvor ioner kombineres med anoden og frigiver elektroner. I katoden opstår en reduktionsreaktion, hvor ioner og elektroner danner forbindelser. I disse oxidationsreduktionsreaktioner flyder elektroner fra den negativt ladede anode til den positivt ladede katode.
I et alkalisk batteri er anoden lavet af zink, mens katoden er mangandioxid. Elektroderne i disse batterier eroderer med tiden. Genopladelige batterier er normalt lavet af lithium-ion. Når den er tilsluttet for at genoplade, vender strømmen af elektricitet tilbage og returnerer anoden og katoden til deres oprindelige tilstand.
En kort historie med batterier
Det tidligste objekt, der ligner et batteri, kan være bygget allerede i det 3. århundrede e.Kr. i form af lerpotter, der blev afdækket i 1938 af en tysk maler, Wilhelm König, nær Bagdad. Inde i hver gryde var en jernstang pakket ind i et ark af kobber. Der var plads nok i krukkerne til at indeholde en slags elektrolytopløsning, og så König mente, at potterne var galvaniske celler, muligvis brugt af indbyggere i det sasaniske imperium til galvanisering, processen med at bruge en elektrisk strøm til at producere en metalbelægning.
Sikker nok eksperimenter med det formål at genskabe disse enheder (inklusive en af det populære show MythBusters) har fundet ud af, at designet kan producere en lille spænding, stor nok til galvanisering. På trods af dette tror de fleste arkæologer i dag, at potterne ikke blev brugt som batterier i den periode, de blev bygget, men snarere som opbevaringsbeholdere til hellige ruller. Metalliske belægninger i perioden, hvor krukkerne blev bygget, blev udført gennem en proces med ildgyldning, så Königs galvaniseringsteori virker spinkel. Uanset hvilket formål Baghdad-batterierne var designet til, er de i det mindste en interessant kuriositet, utilsigtet proto-batterier, der blev bygget længe før forskere ville forstå bedre elektriske strømme.
Det første ægte batteri blev bygget i 1800 af Alessandro Volta. I sine dage som professor ved University of Pavia arbejdede Volta sammen med Luigi Galvani, en biolog, der opdagede, mens han dissekerede en frø, at når hans skalpel rørte ved messingkrogen, der holdt frøen op, ville dens ben trække. Galvani (som ville inspirere ordet "galvanisere") mente, at dette var tegn på en elektrisk kraft, der animerer livet, som han kaldte "animalsk elektricitet." Volta gengav Galvanis eksperiment, men kom til en anden konklusion: det var forbindelsen mellem metalskalpellen og krogen, ikke frøens livskraft, der producerede en elektrisk strøm.
Voltas forskning fik ham til at skabe den voltaiske bunke, stablet skiver af zink og sølv, med pap gennemblødt i saltvand imellem dem. Ved at forbinde den øverste og nederste skive med en ledning kunne Volta producere en elektrisk strøm og lægge grundlaget for fremtidige batterier. Til ære for Voltas arbejde er måleenheden for elektrisk potentiale kendt som volt.
Batteriet, som vi kender det i dag, er en relativt ny opfindelse. Arbejdet for Union Carbide på Eveready-batterilinjen i 1950'erne fik ingeniør Lewis Urry det, der i dag ser ud som en bemærkelsesværdigt dagligdags opgave: at fremstille batterier til legetøj, der holder længere. I stedet for at forbedre det eksisterende design, som hans chefer forventede, besluttede Urry at oprette et nyt batteri og til sidst afregner det med at bruge en blanding af mangandioxid og pulveriseret zink. Således skabte Urry det moderne alkaliske batteri, der er i stand til at drive enheder eksponentielt længere end de tidligere kommercielle batterier. Selvom de første alkaliske batterier kom på markedet i 1959, har hyppige forbedringer holdt dem levedygtige til i dag.
