Akumulatory wczoraj i dziś

To jest wstępny artykuł serii przybliżającej różne rodzaje akumulatorów. W następnych artykułach serii dokładniej przedstawię trzy główne rodziny akumulatorów, w szczególności litowe, natomiast poniższy artykuł pokazuje ogólny obraz i historię tych, jakże pożytecznych, elementów.

Wiele ciekawostek i szczegółów o akumulatorach przedstawiłem na moim kanale YouTube w filmie Akumulatory wczoraj i dziś: kwasowe, zasadowe i litowe. Natomiast w poniższym artykule dużo szerzej i dokładniej przedstawiam liczne informacje porządkujące wiedzę o akumulatorach.

W następnych artykułach tego cyklu dokładnie omówię akumulatory, z jakimi dziś mamy do czynienia, w szczególności litowo-jonowe i litowo-fosfatowe. Ich specyfikę, właściwości, parametry, a także wskazówki dotyczące ich wykorzystania i obsługi.

Na samym wstępie należy przypomnieć, że akumulacja to gromadzenie i że znamy rozmaite rodzaje akumulatorów energii. Między innymi mechaniczne akumulatory energii potencjalnej i kinetycznej, o których wspominam w filmie. Nas najbardziej interesują magazyny energii elektrycznej, czyli akumulatory elektryczne. Magazynujemy w nich energię elektryczną, a ściślej elektromagnetyczną, ale wykorzystujemy do tego energię wiązań chemicznych. Można mówić o energii chemicznej, ale tak naprawdę wiązania chemiczne są wiązaniami elektromagnetycznymi.

Fascynująca i długa historia akumulatorów

W roku 1800 Alessandro Volta zaprezentował swój stos – (jednorazową) baterię elektryczną – rysunek 1. Podstawą było połączenie dwóch metali, ale nie bezpośrednie, tylko poprzez ciecz – roztwór elektrolitu. Zbadał on i przedstawił kombinacje różnych metali i różnych elektrolitów, które lepiej lub gorzej nadawały się do „wytwarzania elektryczności galwanicznej”.

Jego badania kontynuowali i niejako rozszerzali inni. Badali „przepływ elektryczności galwanicznej” przez najrozmaitsze substancje. Źródłem energii był stos Volty, a potem jego ulepszone wersje, a „odbiorniki” były najróżniejsze – w szczególności były to też metalowe elektrody zanurzone w rozmaitych roztworach – elektrolitach. Już w pierwszych latach XIX wieku zaowocowało to intensywnymi badaniami nad elektrolizą i odkryciem kilku nieznanych wcześniej pierwiastków. Największe zasługi ma tu brytyjski samouk Humphry Davy, późniejszy mentor Faradaya.

Dla nas jest ważne, że bardzo wcześnie odnotowano dziwne zjawisko. Niektórzy wskazują tu na rok 1801, kiedy francuski uczony Nicolas Gautherot zaobserwował, iż srebrne i platynowe przewody używane do elektrolizy potem same stają się źródłem niewielkiego prądu „wtórnego”.

Inni wskazują na rok 1802, gdy to Johann Wilhelm Ritter eksperymentował z elektrolizą (rysunek 2) i ze stosami zawierającymi płytki miedziane, platynowe, srebrne, żelazne i ołowiane i gdy przedstawił inny pomysł ogniwa, które można byłoby nazwać akumulatorem elektrycznym. Ritter był barwną, ale też mocno kontrowersyjną postacią epoki romantyzmu i dziś niewiele mówi się o jego osiągnięciach naukowych.

W każdym razie podczas licznych ówczesnych eksperymentów, pierwotnym (primary) źródłem elektryczności był stos Volty – (jednorazowa) bateria elektryczna. Dziwne zjawisko polegało na tym, że po przeprowadzeniu niektórych takich prób i po odłączeniu stosu Volty, niejako wtórnym (secondary) źródłem elektryczności stawał się „odbiornik”. A ten „odbiornik” zwykle był pojemnikiem, zawierającym jakiś ciekły elektrolit i dwie metalowe elektrody.

W języku polskim nie ma już po tym śladu, ale wiele osób zastanawia się, dlaczego w języku angielskim mamy „primary cells” czyli ogniwa i baterie jednorazowe oraz „secondary cells” czyli akumulatory – to dalekie echo tamtych czasów i eksperymentów.

Akumulator kwasowo-ołowiowy

W szczególności takie zjawisko „elektryczności wtórnej” występowało, gdy „odbiornikiem” były dwie płyty ołowiane (Pb) zanurzone w roztworze kwasu siarkowego (H₂SO₄). Realizację pierwszej „baterii kwasowo-ołowiowej” przypisuje się pewnemu niemieckiemu uczonemu, który był wojskowym. Wilhelm Josef Sinsteden (rysunek 3) umieścił dwa arkusze ołowiane w naczyniu z rozcieńczonym kwasem siarkowym i zastosował proces „formowania”, czyli wielokrotnego ładowania i rozładowywania ogniwa. Po dużej liczbie takich cykli formowania uzyskiwał akumulator o znaczącej pojemności. Na jednej z płyt otrzymywał tlenek ołowiu, na drugiej – czysty metaliczny ołów. To było w roku 1854.

I tu dochodzimy do francuskiego paleontologa: Gaston Planté (rysunek 4) w roku 1855 odkrył skamieniałości dawno wymarłego nielota (rysunek 5), nazwanego na cześć odkrywcy Gastornis.

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w czerwcowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 6/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 6/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu zawsze wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 6/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.