تاریخچه باتری : سیر تکامل باتری
تاریخچه باتری : از باتری تیسفون تا باتری‌های مدرن امروزی
در این مطلب به تاریخچه باتری به صورت سیر مراحل تکامل باتری از ابداع آن توسط ایرانیان باستان از مواد اولیه بسیار ساده و در دسترس تا آغاز ساخت باتری‌های مدرن امروزی مورد استفاده در لوازم الکترونیکی و خودروها پرداخته می‌شود.
پیل تیسفون :
تاریخچه باتری از حدود ۲۳۰۰ سال پیش آغاز می‌گردد که پیل الکتریکی در ایران باستان در فاصله سال‌های ۲۵۰ پیش از میلاد تا ۲۲۴ پس از میلاد در تیسفون ساخته شد. این باتری کشف شده به «باتری بغداد» نیز مشهور است. در سال ۱۹۳۶ کارگرانی که در حال خاکبرداری برای احداث راه آهن در نزدیکی شهر باستانی تیسفون جنوب شرقی بغداد و پایتخت ایران در دوران اشکانیان بودند، به طور تصادفی یک مقبره اشکانی را می‌یابند.
اشیای مختلفی از این مقبره کشف می‌شود، از جمله کوزه‌ای عجیب که با مخلوطی شبیه قیر یا آسفالت پرشده بود. بخشی از این اشیا از جمله کوزه مذکور به موزه بغداد تحویل داده شد.
ساختار یک پیل باستانی :
باتری کشف شده به شکل یک کوزه سفالی تخم‌مرغی شکل به بلندی ۱۴، قطر ۸ و دهانه ۳/۳ سانتیمتر است که یک میله آهنی به طول ۵/۷ سانتیمتر در میان آن قرار دارد و نقش قطب منفی باتری (کاتد) را عهده‌دار است.
پیرامون این میله آهنی یک استوانه مسی به طول ۸/۹ و قطر ۶/۲ سانتیمتر قرار گرفته که به کمک قیر در جای خود محکم شده و یک دیسک مسی هم در ته لوله‌ی مسی قرار دارد.
در دهانه از قیر برای آب‌بندی باتری استفاده شده است. میله‌های سیمی شکل برنزی یا آهنی که در نزدیکی محل مورد بررسی یافت شده‌اند، شاید نقش اتصالات باتری را داشته‌اند. درباره الکترولیت به نظر می‌رسد از محلول مس، سرکه و آبلیمو استفاده می‌شده‌است. با در نظر گرفتن این واقعیت که اسیداستیک و اسیدسیتریک به خوبی برای آنها شناخته شده بوده، می‌توان پنداشت که شاید از این مواد نیز استفاده می‌نموده‌اند.
از نظر تئوری ولتاژ باتری بغداد حدود ۰/۷۹ ولت است. ولی آزمایش‌های انجام شده به کمک شبیه‌سازی و بکارگیری الکترولیت‌های گوناگون، نشان دادند که چنین باتری‌ای تنها توانایی تولید ۰/۵ ولت را دارد. جریان الکتریکی به دست آمده از این باتری هم در حدود چند میلی آمپر است.
از زمان کشف این وسیله، نظریه‌های متعددی درباره‌ی کاربرد آن بیان شده است. به احتمال زیاد، ساکنین بین‌النهرین از این پیل‌های الکتریکی برای آبکاری اشیاء زینتی یا در دریانوردی برای آبکاری ابزار آهنی جهت جلوگیری از زنگ زدگی سود می‌جستند.
نظریه کونیگ :
کشف « پیل تیسفون » نقطه عطفی در تاریخچه باتری محسوب می‌گردد. در سال ۱۹۴۰، ویلهلم کونیگ رئیس آلمانی موزه‌ی ملی عراق نظریه‌ی بسیار جالب و تعجب‌آوری را مطرح کرد. کونیگ گفت که این کوزه، یک پیل الکتریکی یا باتری است که برای آبکاری طلا یا نقره به کار می‌رفته است.
او این پیل‌ها را « باتری پارتی » نامید که امروزه با نام‌های دیگر همچون « باتری پارتیان »، « پیل اشکانی »، «باتری بغداد»، « باتری اشکانی » و « باتری تیسفون » هم مشهورند. او در مقاله‌‌ای این مطلب را منتشر کرد و از این وسیله با عنوان باتری باستانی یاد کرد که برای آبکاری و انتقال لایه‌ای از طلا یا نقره از سطحی به سطح دیگر به کار می‌رفته است.
بعد از جنگ جهانی دوم، چندین باتری باستانی دیگر نیز در همان مناطق عراق کشف شدند. به دلیل این که این کوزه در نزدیکی شهر بغداد کنونی کشف شده بود، به « باتری بغداد » نیز معروف شد.
در سال ۱۹۷۰ آرن اگبرکت باستان شناس آلمانی، نمونه‌ای از باتری‌های بغداد را بازسازی کرد و آن را با آب انگور پر نمود و توانست ولتاژ ۰/۸۷ ولت تولید کند. آزمایش اگبرکت نشان داد که قرنها پیش، انسان‌ها می‌توانستند به وسیله‌ی یک ماده‌ی اسیدی، الکتریسیته تولید کنند.
آزمایش نظریه کونیگ :
این تئوری بعدها توسط دانشمندان دیگر نیز آزمایش شد. ویلارد گری مهندس برق شرکت جنرال‌الکتریک در ایالت ماساچوست در سال ۱۹۴۰ پس از مطالعه مقاله کونیگ تصمیم گرفت باتری بغداد را بازسازی کند. وی درون کوزه سفالین را با آب انگور، سرکه و همچنین محلول سولفات مس پر کرد و موفق به تولید ولتاژ حدود ۱/۵ تا ۲ ولت شد.
وی از این پیل‌ها برای طلاکاری یک پیکره نقره‌ای استفاده نمود. نمونه‌های بیشتری از این باتری‌های باستانی در سال ۱۹۹۹ توسط دانشجویان دکتر مارجوری سنچل، استاد ریاضیات و تاریخ علم درکالج اسمیت ماساچوست ساخته شد. آنها با پر کردن کوزه با سرکه توانستند ولتاژ ۱/۱ ولت تولید کنند.
سایر آزمایش‌ها نیز نشان دادند که کوزه‌ها مکانیسم بسیار ساده‌ای دارند که می‌توانند یک جسم کوچک را در طول ۲ ساعت با لایه‌ای ۱ میکرونی از طلا آبکاری کنند.
با این حال نظریه‌ی کونیگ درباره‌ی آبکاری هیچ وقت مورد قبول همه واقع نشده است و نظریه‌های دیگری درباره‌ی کاربرد این کوزه‌ها نیز بیان شده‌اند.
سایر نظریه‌ها :
علاوه بر تئوری استفاده به عنوان باتری برای آبکاری فلزات، تئوری‌های دیگری مبنی بر استفاده پزشکی یا موارد دیگر داده شده است. با این که بسیاری از افراد نظریه‌ی کونیگ را باور دارند، افراد دیگری هم هستند که مخالف آن هستند.
با اینکه اشیاء آبکاری شده پیدا شده نزدیک کوزه‌ها مؤید نظریه‌ی کونیگ هستند، اما مخالفان می‌گویند که این اشیاء به وسیله ذوب طلا ساخته شده‌اند.
« پاول کیسر » بیان کرد که ممکن است پزشکان باستانی از جریان خفیفی که با ریختن اسید در کوزه ایجاد می‌شده، برای درمان بیماران استفاده می‌نمودند. اما بعضی از باستان‌شناسان کلا باتری بودن آن را زیر سؤال می‌برند. موجود نبودن سیم و استفاده از قیر برای محکم کردن میله‌ی آهنی و لوله‌ی مسی از دلایل آن‌هاست. آنها می‌گویند استفاده از قیر نشان دهنده کاربرد کوزه‌ها برای نگهداری کتیبه‌ها و اشیای مقدس می‌باشد.
نخستین پیل ایرانی :
آزمایش‌ها نشان می‌دهد که « پیل تیسفون » در دوران اشکانیان ساخته شده است. اما دکتر سنت جان سیمپسون این کوزه را مربوط به دوران ساسانیان می‌داند. با این که همه درباره‌ی کاربرد این باتری اتفاق نظر ندارند، یک موضوع کاملاً مشخص است: این باتری به دست صنعتگران ایرانی ساخته شده است.
کشف این اختراع ایرانیان به اندازه‌ای تعجب و شگفتی جهانیان را برانگیخت که حتی برخی از دانشمندان اروپایی و امریکایی این اختراع ایرانیان را به موجودات فضایی و ساکنان فراهوشمند سیارات دیگر که با بشقاب‌های پرنده و کشتی‌های فضایی به زمین آمده بودند نسبت دادند و آن را فراتر از سطح دانش آن زمان دانشمندان ایرانی دانستند.
زیرا برای ایشان پذیرفتنی نبود که ایرانیان قرنها پیش از گالوانی ایتالیایی پیل الکتریکی را اختراع کرده و برای آبکاری فلزات استفاده می‌نموده‌اند.
کشف « گالوانی » :
نقطه عطف بعدی در تاریخچه باتری در سال ۱۷۸۶ اتفاق افتاد که « لوییجی گالوانی» دانشمند ایتالیایی منبع ذخیرهسازی الکتریسیته را به جهانیان معرفی نمود. گالوانی متوجه شد که وقتی پای قورباغه‌ای را با دو فلز مختلف لمس کند، ماهیچه‌ی پا تحریک شده و جمع می‌شود. قبلاً کشف شده بود که الکتریسیته می‌تواند ماهیچه را تحریک کند و باعث جمع شدن آنها شود.
پیل « ولتا » :
در سال ۱۷۸۹ « آلساندرو ولتا » دانشمند ایتالیایی نقطه عطف بسیار مهم بعدی را در تاریخچه باتری رقم زد. او در این سال بر اساس تحقیقات گالوانی، باتری قابل حمل را به دنیا معرفی نمود. وقتی ولتا از کشف گالوانی با خبر شد، آزمایش‌های زیادی با الکتروسکوپ‌های حساس انجام داد تا صحت گفته‌های وی را بررسی کند و پس از مدتی دریافت که منشأ الکتریسیته در پای قورباغه نیست، بلکه از تماس دست با دو فلز حاصل می‌شود.
ولتا آزمایش‌های فراوانی با مواد مختلف انجام داد و متوجه شد که دو فلز در شرایطی خاص می‌توانند اختلاف پتانسیل به وجود آورند. یکی از آزمایش‌های او به این صورت بود که دو تکه‌ی فلز از جنس روی و نقره را در طرفین زبان قرار می‌داد و سپس آنها را با یک سیم به هم متصل می‌نمود. این عمل الکتریسیته تولید می‌نمود و باعث سوزش زبان می‌گردید.
او نتیجه‌ی کار خود را به این صورت بیان نمود:
«برخی مواد شیمیایی باعث می‌شوند که دو فلز مختلف بتوانند اختلاف پتانسیل الکتریکی به وجود آورند.»
او از این کشف استفاده نموده و در سال ۱۸۰۰ نخستین باتری را ساخت. وی ابتدا یک کاغذ را در آب نمک خیس کرد. سپس آن را بین دو تکه فلز روی و نقره قرار داد. پس از آن تعداد زیادی از این قطعات ساخت و آنها را پشت سرهم قرار داد و به این ترتیب ولتا توانست یک باتری قوی درست کند.
پیل « پلانته » :
در سال ۱۸۵۹ فیزیکدان فرانسوی « گستون پلانته » با قراردادن دو نوار سربی و عایق در بین آنها و قراردادن این مجموعه در ظرفی حاوی اسید سولفوریک رقیق، نخستین باتری سرب – اسید را ساخت.
ولتاژ باتری به جنس فلزات به کار رفته در آن بستگی دارد. معمولاً ولتاژ این باتری‌ها ۰.۵ تا ۲ ولت است. اندازه‌ی صفحات فلزی یا به عبارت دیگر ابعاد باتری تأثیری در ولتاژ آن ندارد. ابعاد باتری فقط نشان دهنده‌ی ابعاد صفحات الکترود و همچنین حجم الکترولیت به کار رفته در آن است و لذا مقدار انرژی ذخیره شده را تعیین می‌کند. پس باتری بزرگتر فقط عمر بیشتری دارد و نه لزوماً ولتاژ بالاتر.