Borys Shevchuk / 123RF Den moderne verden, i all sin storhet og kompleksitet, løper av en sjokkerende primalkraft, en som har strømmet gjennom menneskekroppene lenge før den første motoren ble bygget. Elektrisitet, den samme kraften som har holdt menneskers hjerter bankende så lenge det har vært menneskelige hjerter å slå, i dag strømmer gjennom sivilisasjonens årer og driver skyskrapene vi jobber i og telefonene i lommene.
Selv om de store produsentene av elektrisitet, koloser som Hoover Dam, kan være den mest visceralt imponerende, er menneskelig mestring av elektriske strømmer kanskje mest imponerende i form av batterier. Noen små nok til å sitte på en fingerspiss, batterier driver mange av enhetene vi bruker hver dag: telefoner, bærbare datamaskiner, lommelykter, klokker. De har vært en allestedsnærværende del av livet i flere tiår nå, men hvor mange av oss vet hvordan de jobber?
Under deres enkle eksteriør, en enkel mekanisme
Et typisk alkalisk batteri vil være kjent for mange mennesker, i det minste utenfra. Generelt innkapslet i en metallsylinder, har batteriet to ender merket som + (positiv) og - (negativ). De to endene av et batteri er terminaler, koblet til elektroder i batteriet: den positive enden kobles til en katode, mens den negative enden kobles til en anode. En separator inne i batteriet holder de to i berøring, samtidig som det tillater strøm å strømme mellom dem. Mellom de to endene er det en elektrolyttpasta, et stoff som tillater strøm av elektrisk strøm.
Elektroner vil naturlig strømme fra den negative enden (der det er overflødige elektroner) til den positive enden (der det er åpne rom for elektroner), men de kan ikke gjøre det fordi separatoren blokkerer deres vei. Ved å koble de positive og negative endene til festen dannes en krets som lar elektrisk strøm flyte.
Når et batteri er koblet til en enhet, for eksempel en lommelykt eller fjernkontroll, opprettes en krets og kjemiske reaksjoner oppstår i anoden og katoden. I anoden oppstår en oksidasjonsreaksjon, der ioner kombineres med anoden og frigjør elektroner. I katoden oppstår en reduksjonsreaksjon, med ioner og elektroner som danner forbindelser. I disse oksidasjonsreduksjonsreaksjonene strømmer elektroner fra den negativt ladede anoden til den positivt ladede katoden.
I et alkalisk batteri er anoden laget av sink, mens katoden er mangandioksid. Elektrodene i disse batteriene eroderer over tid. Oppladbare batterier er vanligvis laget av litiumion. Når den er koblet til for å lade, reverserer strømmen av strøm, og returnerer anoden og katoden til sin opprinnelige tilstand.
En kort historie med batterier
Det tidligste objektet som ligner på et batteri kan ha blitt bygget så tidlig som på 300-tallet e.Kr., i form av leirepotter som ble avdekket i 1938 av en tysk maleren, Wilhelm König, nær Bagdad. Inne i hver gryte var det en jernstang innpakket i et ark av kobber. Det var nok plass i glassene til å inneholde en slags elektrolyttløsning, og derfor mente König at pottene var galvaniske celler, muligens brukt av innbyggere i Sasanian Empire for galvanisering, prosessen med å bruke en elektrisk strøm til å produsere et metallbelegg.
Visst nok, eksperimenter rettet mot å gjenskape disse enhetene (inkludert en av det populære showet MythBusters) har funnet ut at designet kan produsere en liten spenning, stor nok til galvanisering. Til tross for dette tror de fleste arkeologer i dag at pottene ikke ble brukt som batterier i perioden de ble bygget, men snarere som lagringsbeholdere for hellige ruller. Metalliske belegg i perioden glassene ble bygget ble gjort gjennom en prosess med ildforgylling, så Königs galvaniseringsteori virker spinkel. Uansett hvilket formål Bagdad-batteriene ble designet for, er de i det minste en interessant kuriositet, utilsiktet protobatterier som ble bygget lenge før forskere ville forstå bedre strømmer.
Det første sanne batteriet ble bygget i 1800 av Alessandro Volta. I sine dager som professor ved Universitetet i Pavia jobbet Volta med Luigi Galvani, en biolog som oppdaget mens han dissekerte en frosk at når skalpellen hans berørte messingkroken som holdt frosken oppe, ville beina ryke. Galvani (som ville inspirere ordet "galvanisere") mente at dette var bevis på en elektrisk kraft som animerer livet, som han kalte "animalsk elektrisitet." Volta gjengav Galvanis eksperiment, men kom til en annen konklusjon: det var forbindelsen mellom metallskalpellen og kroken, ikke froskens livskraft, som produserte en elektrisk strøm.
Voltas undersøkelser førte til at han skapte den voltaiske haugen, stablet skiver av sink og sølv, med papp fuktet i saltvann mellom seg. Ved å koble den øverste og nederste platen med en ledning, var Volta i stand til å produsere en elektrisk strøm, og la grunnlaget for fremtidige batterier. Til ære for Voltas arbeid er måleenheten for elektrisk potensial kjent som volt.
Batteriet slik vi kjenner det i dag er en relativt fersk oppfinnelse. Arbeid for Union Carbide på Eveready-batterilinjen på 1950-tallet, fikk ingeniør Lewis Urry det som i dag virker som en bemerkelsesverdig dagligdagse oppgave: lage batterier som varer lenger. I stedet for å forbedre den eksisterende designen som sjefene hans forventet, bestemte Urry seg for å lage et nytt batteri, og til slutt slo det seg med en blanding av mangandioksid og pulverisert sink. Dermed opprettet Urry det moderne alkaliske batteriet, som er i stand til å drive enheter eksponentielt lenger enn de tidligere kommersielle batteriene. Selv om de første alkaliske batteriene kom på markedet i 1959, har hyppige forbedringer holdt dem levedyktige til og med i dag.
