Często nie zdajemy sobie sprawy, jak duże znaczenie mają rzeczy, których istnienie jest dla nas oczywiste. Za przykład może nam posłużyć akumulator – pierwsze skojarzenie związane jest zapewne z motoryzacją, bo to jedna z podstawowych części samochodu.

Bateria telefonu czy laptopa to również swego rodzaju akumulator. Jak wiadomo, każdy sukces (w tym wypadku wynalazek) ma wielu ojców i w poniższym artykule postaramy się przybliżyć historię przedmiotu, który zrewolucjonizował świat techniki.

Dawno, dawno temu…

Bateria elektryczna pochodząca z III w. p.n.e.? Tak twierdził Wilhelm König, niemiecki archeolog, który podczas swoich wykopalisk w okolicach Bagdadu znalazł tajemnicze, gliniane naczynie, we wnętrzu którego ukryty był miedziany walec. Jak wykazały badania naukowców, metal ten zanurzony był w occie lub winie. Według niemieckiego uczonego w pojemniku tym miał być generowany prąd, na drodze reakcji chemicznej między elektrodami a elektrolitem, jednak teoria ta nie zdobyła sobie zbyt wielu obrońców. Temat został „pogrzebany” do lat 60. XX w., kiedy to znaleziono bardzo podobne przedmioty.

Odnalezione naczynia napełnione zostały kwasem octowym i cytrynowym – w czasach starożytnych znane były wówczas tylko takie “kwaśne” roztwory. Ku zdziwieniu naukowców i obserwatorów naczynia te zaczęły wytwarzać energię o bardzo niskim natężeniu. Skąd Persowie wpadli na pomysł zabawy w elektryczność? Nie wiadomo. Do czego miała im ona służyć? W tej kwestii istnieją tylko domysły. Najbardziej prawdopodobnym wykorzystaniem tego zjawiska jest galwanizacja i pokrywanie metali cieniutką warstwą złota. Zwolenników zdobyła też teoria, że takie baterie umieszczane były w posągach bóstw i podczas rytuałów religijnych, podczas dotknięcia przez wiernych, „kopały” ich swoją uświęconą mocą.

Początki elektryczności

Powstanie ogniw magazynujących prąd, czyli akumulatorów, możliwe było dopiero w momencie… odkrycia i zbadania elektryczności. Wiąże się to z działalnością Alessandro Volta. Tak, tak – to na jego cześć nazwano jednostkę napięcia elektrycznego, więc oznacza to, że jego odkrycia rzeczywiście miały spore znaczenie.

Jednym z nich był tak zwany „Stos Volty” – czyli naprzemiennie ułożonych płytek miedzianych i cynkowych, rozdzielonych materiałem nasączonym kwasem cytrynowym. U podstaw twierdzenia Volty leżało przekonanie, że pomiędzy niektórymi metalami i substancjami chemicznymi dochodzi do reakcji, w wyniku których wyzwalana jest energia elektryczna. Wynalazek Volta uznany został za pierwszy akumulator w nowożytnym świecie, który dostarczał ciągły prąd elektryczny. Jego wynalezienie znalazło uznanie w oczach samego Napoleona Bonapartego, który zaczął wspierać różnego rodzaju eksperymenty związane z krzesaniem iskier i topieniem metali.

Wynalazek Volty nie był jednak doskonały, ponieważ ciężar zastosowanych płytek powodował zbyt duży nacisk każdego z krążków na siebie nawzajem, co skutkowało wyciekiem elektrolitu. Rozwiązanie tego problemu zaproponował William Cruickshank, szkocki chirurg wojskowy i chemik w jednym. Założenia były niemal identyczne, jednak Szkot umieścił baterie w prostokątnym, drewnianym pudełku, które dodatkowo wyłożone było szelakiem. Jest to odmiana naturalnej żywicy, której zadaniem była dodatkowa izolacja równomiernie rozmieszczonych par zgrzanych ze sobą płytek cynkowych i miedzianych. Wolne przestrzenie zostały zalane w tym wypadku kwasem siarkowym.

Późniejsza historia pokazała, że chirurgia idzie w parze z konstruowaniem akumulatorów prądu elektrycznego. Bycie lekarzem, w dodatku medykiem wojskowym w czynnej służbie, nie wyklucza, aby w wolnej chwili zajmować się wymyślaniem i budowaniem baterii elektrycznych. Niemiec Wilhelm Sinsteden, bo o nim mowa, przez większość swojego życia interesował się chemią i fizyką. Po wstąpieniu do wojska badał również optykę i elektrykę. Skonstruował między innymi jeden z pierwszych silników elektrycznych i cewki indukcyjne, a wszystko w celu zapewnienia sobie odpowiedniej ilości energii elektrycznej podczas swoich eksperymentów.

W 1854 r. na łamach niemieckiego czasopisma opublikował swoje odkrycie na temat zastosowania płaskich elektrod ołowianych i rozcieńczonego kwasu siarkowego jako elektrolitu. W czasie kilkunastu cykli ładowania i rozładowania (tak zwanego formowania) na płytkach tworzył się dwutlenek ołowiu i czysty ołów. Sinsteden odkrył, że zwiększając powierzchnię ołowianych płyt powiększa się jednocześnie prąd wyjściowy.

Plante i pierwszy akumulator kwasowo-ołowiowy

Obserwacje Sinstedena w swoich badaniach wykorzystał francuski fizyk Gaston Plante, który w 1859 r. rozpoczął prace nad swoim akumulatorem. To właśnie on uznawany jest za wynalazcę baterii kwasowo-ołowianej, mimo że bardzo „inspirował się” osiągnięciami Niemca. Pierwszy model baterii do przechowywania energii elektrycznej zawierał dwa arkusze ołowiu (elektrody), które oddzielone były zwiniętymi gumowymi paskami i zanurzone w roztworze kwasu siarkowego. W 1860 r. wynalazek ten w nieco zmodyfikowanej formie – złożony z 9 elementów, w pudełku ochronnym – zaprezentowany został w Akademii Nauk i wzbudził zdziwienie, że może dostarczać aż tak dużą ilość prądu. Co więcej, akumulator ten jako pierwszy w historii nadawał się do ponownego naładowania.

Wynalazek Plante, chociaż chyba bardziej prawidłowo byłoby powiedzieć Plante-Sinstedena, pozostał jedynie ciekawostką techniczną przez niemal 20 lat, do czasu, kiedy postanowił ulepszyć go Camille Faure. Jego innowacyjne rozwiązania polegały na powlekaniu ołowianych płyt mieszanką siarczanów ołowiu. W znaczący sposób zwiększało to pojemność baterii, a co za tym idzie można było stosować ten akumulator w pojazdach.

Pierwszym pojazdem elektrycznym zasilanym z akumulatora był trójkołowiec skonstruowany we Francji przez Gustav Trouve w 1881 roku. Podobny pojazd zbudowali rok później Anglicy William Ayrton i John Perry. Zasięg tego pojazdu wynosił do 40 km, a prędkość maksymalna wynosiła 14 km/h.

Wynalazek Plantego został wykorzystany również w łodziach podwodnych – tak został wykorzystany akumulator Faure`a w 1886 r. Również z powodu tego wynalazku Paryż nazywany jest „miastem świateł”, ponieważ po raz pierwszy w historii ludzkości to właśnie do oświetlenia ulic francuskiej stolicy został wykorzystany akumulator. Rozwiązania techniczne zastosowane przez Camille`a Faure`a doprowadziły do rozpoczęcia produkcji na skalę przemysłową baterii kwasowo-ołowiowych, między innymi w założonej w 1887 r. fabryce akumulatorów Adolph Müllera w Hagen.

Choć od początków historii akumulatorów kwasowo-ołowianych minęło już przeszło 150 lat, to konstrukcje baterii samochodowych obecnych czasów nadal opierają się na ówczesnych założeniach. Oczywiście, przez minione dziesięciolecia wprowadzane były coraz to nowe zmiany i ulepszenia, wielu konstruktorów tworzyło także akumulatory opierające się na wykorzystaniu innych materiałów. Mimo wszystko akumulatory wykorzystujące do swojego działania ołów jako elektrodę i kwas jako elektrolit nadal są najczęściej spotykanym rozwiązaniem na rynku.