1749 में, यूएस पोलीमैथ और संस्थापक पिता, बेंजामिन फ्रैंकलिन ने पहली बार “बैटरी” शब्द का इस्तेमाल लिंक्ड कैपेसिटर के एक सेट का वर्णन करने के लिए किया था, जिसका इस्तेमाल उन्होंने बिजली के साथ अपने प्रयोगों के लिए किया था। ये कैपेसिटर प्रत्येक सतह पर धातु के साथ लेपित कांच के पैनल थे। इन कैपेसिटर को एक स्थिर जनरेटर से चार्ज किया गया था और धातु को उनके इलेक्ट्रोड से छूकर छुट्टी दे दी गई थी। उन्हें एक “बैटरी” में एक साथ जोड़ने से एक मजबूत निर्वहन हुआ। मूल रूप से “एक साथ काम करने वाली दो या दो से अधिक समान वस्तुओं का एक समूह” का सामान्य अर्थ है, जैसा कि आर्टिलरी बैटरी में होता है, इस शब्द का उपयोग वोल्टाइक बवासीर और इसी तरह के उपकरणों के लिए किया जाता है जिसमें फ्रैंकलिन के तरीके से कई विद्युत रासायनिक कोशिकाएं एक साथ जुड़ी हुई थीं। संधारित्र। आज भी एक एकल इलेक्ट्रोकेमिकल सेल, उर्फ शुष्क सेल, को आमतौर पर बैटरी कहा जाता है।
आविष्कार
लुइगी गलवानी एक इतालवी चिकित्सक, भौतिक विज्ञानी, जीवविज्ञानी और दार्शनिक थे, जिन्होंने पशु विद्युत की खोज की थी। 1780 में, उन्होंने और उनकी पत्नी लूसिया ने पाया कि बिजली की चिंगारी की चपेट में आने से मृत मेंढकों के पैरों की मांसपेशियां मरोड़ती हैं। गलवानी का मानना था कि इस संकुचन को चलाने वाली ऊर्जा पैर से ही आती है। उन्होंने “पशु बिजली” का नाम दिया जब दो अलग-अलग धातुएं एक मेंढक के पैर और एक दूसरे से श्रृंखला में जुड़ी हुई थीं।
हालांकि, एलेसेंड्रो वोल्टा – इतालवी भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ – लुइगी गलवानी के एक मित्र और साथी वैज्ञानिक, असहमत थे, यह विश्वास करते हुए कि यह घटना दो अलग-अलग धातुओं के कारण एक नम मध्यस्थ द्वारा एक साथ जुड़ गई थी। उन्होंने प्रयोग के माध्यम से इस परिकल्पना को सत्यापित किया, और 1791 में परिणाम प्रकाशित किए। 1800 में, वोल्टा ने पहली वास्तविक बैटरी का आविष्कार किया, जिसे वोल्टाइक ढेर के रूप में जाना जाने लगा। वोल्टाइक पाइल में कॉपर और जिंक डिस्क के जोड़े होते हैं जो एक दूसरे के ऊपर ढेर होते हैं, जो ब्राइन (यानी, इलेक्ट्रोलाइट) में भिगोए हुए कपड़े या कार्डबोर्ड की एक परत से अलग होते हैं। लेडेन जार के विपरीत, वोल्टाइक पाइल ने निरंतर बिजली और स्थिर धारा का उत्पादन किया, और उपयोग में नहीं होने पर समय के साथ थोड़ा चार्ज खो दिया, हालांकि उनके शुरुआती मॉडल स्पार्क उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज का उत्पादन नहीं कर सके।उन्होंने विभिन्न धातुओं के साथ प्रयोग किए और पाया कि जस्ता और चांदी ने सर्वोत्तम परिणाम दिए।
वोल्टा का मानना था कि करंट दो अलग-अलग सामग्रियों का परिणाम था जो केवल एक-दूसरे को छूते थे – एक अप्रचलित वैज्ञानिक सिद्धांत जिसे संपर्क तनाव के रूप में जाना जाता है – न कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं का परिणाम। एक परिणाम के रूप में, उन्होंने जस्ता प्लेटों के क्षरण को एक असंबंधित दोष के रूप में माना जो शायद सामग्री को किसी तरह बदलकर ठीक किया जा सकता है। हालांकि, कोई भी वैज्ञानिक इस क्षरण को रोकने में कभी सफल नहीं हुआ। वास्तव में, यह देखा गया कि जब एक उच्च धारा खींची जाती है तो क्षरण तेज होता है। इसने सुझाव दिया कि जंग वास्तव में बैटरी की करंट पैदा करने की क्षमता का अभिन्न अंग था। यह आंशिक रूप से विद्युत रासायनिक सिद्धांत के पक्ष में वोल्टा के संपर्क तनाव सिद्धांत की अस्वीकृति का कारण बना।
वोल्टा के मूल पाइल मॉडल में कुछ तकनीकी खामियां थीं, उनमें से एक में इलेक्ट्रोलाइट का रिसाव शामिल था और डिस्क के वजन के कारण शॉर्ट-सर्किट होता था जो नमकीन-भिगोए हुए कपड़े को संकुचित करता था। एक स्कॉटिश सैन्य सर्जन और रसायनशास्त्री विलियम क्रुकशांक ने तत्वों को एक ढेर में ढेर करने के बजाय एक बॉक्स में रखकर इस समस्या को हल किया। इसे गर्त बैटरी के रूप में जाना जाता था।वोल्टा ने स्वयं एक संस्करण का आविष्कार किया जिसमें नमक के घोल से भरे कपों की एक श्रृंखला शामिल थी, जो धातु के चापों द्वारा एक साथ तरल में डूबा हुआ था। इसे क्राउन ऑफ कप्स के नाम से जाना जाता था। ये चाप दो अलग-अलग धातुओं (जैसे, जस्ता और तांबे) से मिलकर बने थे। यह मॉडल उनके मूल पाइल्स से भी ज्यादा कारगर साबित हुआ, हालांकि यह उतना लोकप्रिय साबित नहीं हुआ।
वोल्टा की बैटरी के साथ एक और समस्या कम बैटरी जीवन (एक घंटे का सबसे अच्छा मूल्य) थी, जो दो घटनाओं के कारण हुई थी। पहला यह था कि उत्पादित विद्युत-अपघट्य विलयन विद्युत अपघटित हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप तांबे पर हाइड्रोजन के बुलबुले बनते हैं, जो बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को लगातार बढ़ाता है (यह प्रभाव, जिसे ध्रुवीकरण कहा जाता है , अतिरिक्त उपायों द्वारा आधुनिक कोशिकाओं में प्रतिक्रियात्मक है)। दूसरी घटना स्थानीय क्रिया कहलाती है , जिसमें जिंक में अशुद्धियों के आसपास मिनट शॉर्ट-सर्किट बन जाते हैं, जिससे जिंक खराब हो जाता है। बाद की समस्या को 1835 में अंग्रेजी आविष्कारक विलियम स्टर्जन द्वारा हल किया गया था , जिन्होंने पाया कि समामेलित जस्ता, जिसकी सतह को कुछ पारा के साथ इलाज किया गया था, स्थानीय कार्रवाई से ग्रस्त नहीं था।
इसकी खामियों के बावजूद, वोल्टा की बैटरियां लेडेन जार की तुलना में एक स्थिर प्रवाह प्रदान करती हैं, और कई नए प्रयोगों और खोजों को संभव बनाती हैं, जैसे कि अंग्रेजी सर्जन एंथनी कार्लिस्ले और अंग्रेजी रसायनज्ञ विलियम निकोलसन द्वारा पानी का पहला इलेक्ट्रोलिसिस ।
पहली व्यावहारिक बैटरी
डेनियल सेल
जॉन फ्रेडरिक डेनियल नाम के रसायन विज्ञान के एक अंग्रेजी प्रोफेसर ने पहले द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन का उपभोग करने के लिए दूसरे इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके वोल्टाइक पाइल में हाइड्रोजन बुलबुले की समस्या को हल करने का एक तरीका खोजा। 1836 में, उन्होंने डेनियल सेल का आविष्कार किया, जिसमें कॉपर सल्फेट के घोल से भरा एक तांबे का बर्तन होता है, जिसमें सल्फ्यूरिक एसिड और जिंक इलेक्ट्रोड से भरा एक बिना चमकता हुआ मिट्टी का बर्तन डूबा होता है। मिट्टी के बरतन अवरोध झरझरा है, जो आयनों को पार करने की अनुमति देता है, लेकिन मिश्रण को मिलाने से रोकता है।
डेनियल सेल बैटरी विकास के शुरुआती दिनों में उपयोग की जाने वाली मौजूदा तकनीक पर एक बड़ा सुधार था और बिजली का पहला व्यावहारिक स्रोत था। यह वोल्टाइक सेल की तुलना में अधिक लंबा और अधिक विश्वसनीय करंट प्रदान करता है। यह सुरक्षित और कम संक्षारक भी है। इसमें लगभग 1.1 वोल्ट का ऑपरेटिंग वोल्टेज है। यह जल्द ही उपयोग के लिए उद्योग मानक बन गया, खासकर नए टेलीग्राफ नेटवर्क के साथ।
डेनियल सेल का उपयोग वोल्ट की परिभाषा के लिए पहले कार्य मानक के रूप में भी किया गया था, जो इलेक्ट्रोमोटिव बल की इकाई है।
चिड़िया की कोशिका
डेनियल सेल के एक संस्करण का आविष्कार 1837 में गाय के अस्पताल के चिकित्सक गोल्डिंग बर्ड द्वारा किया गया था, जिन्होंने समाधान को अलग रखने के लिए प्लास्टर ऑफ पेरिस बैरियर का उपयोग किया था। इस सेल के साथ बर्ड के प्रयोग इलेक्ट्रोमेटालर्जी के नए अनुशासन के लिए कुछ महत्वपूर्ण थे।
झरझरा पॉट सेल
डैनियल सेल के झरझरा पॉट संस्करण का आविष्कार 1838 में एक लिवरपूल उपकरण निर्माता जॉन डांसर द्वारा किया गया था । इसमें एक केंद्रीय जस्ता एनोड होता है जो एक झरझरा मिट्टी के बर्तन में डूबा होता है जिसमें जिंक सल्फेट घोल होता है। झरझरा बर्तन, बदले में, तांबे के डिब्बे में निहित कॉपर सल्फेट के घोल में डूब जाता है, जो सेल के कैथोड के रूप में कार्य करता है। झरझरा अवरोध का उपयोग आयनों को गुजरने की अनुमति देता है लेकिन मिश्रण को मिलाने से रोकता है।
ग्रेविटी सेल
1860 के दशक में, कैलौड नाम के एक फ्रांसीसी ने डेनियल सेल के एक प्रकार का आविष्कार किया जिसे ग्रेविटी सेल कहा जाता है। झरझरा अवरोध के बिना यह सरल संस्करण। यह सिस्टम के आंतरिक प्रतिरोध को कम करता है और इस प्रकार, बैटरी एक मजबूत धारा उत्पन्न करती है। यह जल्दी से अमेरिकी और ब्रिटिश टेलीग्राफ नेटवर्क के लिए पसंद की बैटरी बन गई और 1950 के दशक तक इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा।
ग्रेविटी सेल में एक ग्लास जार होता है, जिसमें एक कॉपर कैथोड तल पर बैठता है और रिम के नीचे एक जिंक एनोड निलंबित होता है। कॉपर सल्फेट क्रिस्टल को कैथोड के चारों ओर बिखेर दिया जाता है और फिर जार को आसुत जल से भर दिया जाता है। जैसे ही करंट खींचा जाता है, एनोड के चारों ओर शीर्ष पर जिंक सल्फेट घोल की एक परत बन जाती है। इस शीर्ष परत को निचली कॉपर सल्फेट परत से इसके निचले घनत्व और कोशिका की ध्रुवता द्वारा अलग रखा जाता है।
गहरे नीले रंग की कॉपर सल्फेट परत के विपरीत जिंक सल्फेट परत स्पष्ट होती है, जो एक तकनीशियन को बैटरी जीवन को एक नज़र से मापने की अनुमति देती है। दूसरी ओर, इस सेटअप का अर्थ है कि बैटरी का उपयोग केवल एक स्थिर उपकरण में किया जा सकता है, अन्यथा समाधान मिश्रित या फैल जाते हैं। एक और नुकसान यह है कि दो समाधानों को प्रसार द्वारा मिश्रण से रखने के लिए एक धारा को लगातार खींचना पड़ता है, इसलिए यह आंतरायिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त है।
पोगेनडॉर्फ सेल जर्मन वैज्ञानिक जोहान क्रिस्चियन पोगेनडॉर्फ ने 1842 में एक झरझरा मिट्टी के बर्तन का उपयोग करके इलेक्ट्रोलाइट और डीपोलराइज़र को अलग करने की समस्याओं पर काबू पा लिया । अम्ल और विध्रुवणकर्ता क्रोमिक अम्ल है। झरझरा बर्तन को खत्म करने, दो एसिड शारीरिक रूप से एक साथ मिश्रित होते हैं। सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) दो कार्बन प्लेटें होती हैं, जिनके बीच एक जस्ता प्लेट (नकारात्मक या एनोड) स्थित होती है। जस्ता के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए एसिड मिश्रण की प्रवृत्ति के कारण, एसिड से स्पष्ट जस्ता इलेक्ट्रोड को ऊपर उठाने के लिए एक तंत्र प्रदान किया जाता है।
सेल 1.9 वोल्ट प्रदान करता है। यह अपने अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज के कारण कई वर्षों तक प्रयोगकर्ताओं के बीच लोकप्रिय साबित हुआ; एक सुसंगत करंट उत्पन्न करने की अधिक क्षमता और किसी भी धुएं की कमी, लेकिन इसके पतले कांच के बाड़े की सापेक्ष नाजुकता और सेल के उपयोग में नहीं होने पर जिंक प्लेट को ऊपर उठाने की आवश्यकता ने अंततः देखा कि यह पक्ष से बाहर हो गया है। सेल को ‘क्रोमिक एसिड सेल’ के रूप में भी जाना जाता था, लेकिन मुख्य रूप से ‘बाइक्रोमेट सेल’ के रूप में। यह बाद वाला नाम पोटेशियम डाइक्रोमेट में सल्फ्यूरिक एसिड जोड़कर क्रोमिक एसिड के उत्पादन के अभ्यास से आया है, भले ही सेल में कोई डाइक्रोमेट न हो।
फुलर सेल का विकास पोगेंडॉर्फ सेल से हुआ था । हालांकि रसायन विज्ञान मुख्य रूप से एक ही है, दो एसिड एक बार फिर एक झरझरा कंटेनर से अलग हो जाते हैं और जस्ता को पारे के साथ इलाज करके अमलगम बनाया जाता है।
ग्रोव सेल
ग्रोव सेल का आविष्कार 1839 में वेल्शमैन विलियम रॉबर्ट ग्रोव द्वारा किया गया था । इसमें सल्फ्यूरिक एसिड में डूबा हुआ जिंक एनोड और नाइट्रिक एसिड में डूबा हुआ प्लैटिनम कैथोड होता है, जिसे झरझरा मिट्टी के बर्तन से अलग किया जाता है। ग्रोव सेल एक उच्च धारा प्रदान करता है और डेनियल सेल के लगभग दोगुना वोल्टेज प्रदान करता है, जिसने इसे एक समय के लिए अमेरिकी टेलीग्राफ नेटवर्क का पसंदीदा सेल बना दिया। हालांकि, संचालित होने पर यह जहरीले नाइट्रिक ऑक्साइड धुएं को छोड़ देता है। जैसे-जैसे चार्ज कम होता है, वोल्टेज भी तेजी से गिरता है, जो एक दायित्व बन गया क्योंकि टेलीग्राफ नेटवर्क अधिक जटिल हो गए। प्लेटिनम था और अभी भी बहुत महंगा है।
रिचार्जेबल बैटरी और ड्राई सेल
लेड-एसिड
इस बिंदु तक, सभी मौजूदा बैटरियों को स्थायी रूप से खाली कर दिया जाएगा जब उनकी सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं समाप्त हो जाएंगी। 1859 में, गैस्टन प्लांटे ने लेड-एसिड बैटरी का आविष्कार किया, यह पहली ऐसी बैटरी थी जिसे इसके माध्यम से एक रिवर्स करंट पास करके रिचार्ज किया जा सकता था। एक लेड एसिड सेल में सल्फ्यूरिक एसिड में डूबे हुए लेड एनोड और लेड डाइऑक्साइड कैथोड होते हैं। दोनों इलेक्ट्रोड लीड सल्फेट का उत्पादन करने के लिए एसिड के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, लेकिन लीड एनोड पर प्रतिक्रिया इलेक्ट्रॉनों को छोड़ती है, जबकि लीड डाइऑक्साइड पर प्रतिक्रिया उन्हें खपत करती है, इस प्रकार वर्तमान का उत्पादन करती है। इन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बैटरी के माध्यम से एक रिवर्स करंट पास करके उलटा किया जा सकता है, जिससे इसे रिचार्ज किया जा सकता है।
प्लांटे के पहले मॉडल में रबर स्ट्रिप्स द्वारा अलग की गई दो लीड शीट शामिल थीं और एक सर्पिल में लुढ़की हुई थीं। उनकी बैटरियों का इस्तेमाल पहली बार किसी स्टेशन पर रुकने के दौरान ट्रेन के डिब्बों में रोशनी करने के लिए किया गया था। 1881 में, केमिली अल्फोन्स फॉरे ने एक उन्नत संस्करण का आविष्कार किया जिसमें एक लीड ग्रिड जाली होती है जिसमें एक प्लेट बनाने के लिए एक लीड ऑक्साइड पेस्ट दबाया जाता है। अधिक प्रदर्शन के लिए एकाधिक प्लेटों को ढेर किया जा सकता है। यह डिज़ाइन बड़े पैमाने पर उत्पादन करना आसान है।
अन्य बैटरियों की तुलना में, प्लांटे की ऊर्जा की मात्रा के लिए भारी और भारी है। हालांकि, यह उछाल में उल्लेखनीय रूप से बड़ी धाराएं उत्पन्न कर सकता है। इसका आंतरिक प्रतिरोध भी बहुत कम है, जिसका अर्थ है कि एक ही बैटरी का उपयोग कई सर्किटों को बिजली देने के लिए किया जा सकता है।
लेड-एसिड बैटरी का उपयोग आज भी ऑटोमोबाइल और अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां वजन एक बड़ा कारक नहीं है। मूल सिद्धांत 1859 के बाद से नहीं बदला है। 1930 के दशक की शुरुआत में, एक चार्ज सेल में सिलिका जोड़कर उत्पादित एक जेल इलेक्ट्रोलाइट (तरल के बजाय) का उपयोग पोर्टेबल वैक्यूम-ट्यूब रेडियो की एलटी बैटरी में किया गया था। 1970 के दशक में, “सीलबंद” संस्करण आम हो गए (आमतौर पर “जेल सेल” या “एसएलए” के रूप में जाना जाता है), जिससे बैटरी को बिना किसी विफलता या रिसाव के विभिन्न स्थितियों में इस्तेमाल किया जा सकता है।
आज कोशिकाओं को “प्राथमिक” के रूप में वर्गीकृत किया जाता है यदि वे अपने रासायनिक अभिकारकों के समाप्त होने तक केवल एक धारा उत्पन्न करते हैं, और “द्वितीयक” यदि सेल को रिचार्ज करके रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उलटा किया जा सकता है। लेड-एसिड सेल पहली “द्वितीयक” सेल थी।
लेकलेंच सेल
1866 में, जॉर्जेस लेकलेंच ने एक बैटरी का आविष्कार किया जिसमें एक झरझरा सामग्री में लिपटे एक जस्ता एनोड और एक मैंगनीज डाइऑक्साइड कैथोड होते हैं, जो अमोनियम क्लोराइड समाधान के एक जार में डूबा हुआ है। मैंगनीज डाइऑक्साइड कैथोड में थोड़ा कार्बन भी मिला हुआ है, जो चालकता और अवशोषण में सुधार करता है। इसने 1.4 वोल्ट का वोल्टेज प्रदान किया। इस सेल ने टेलीग्राफी, सिग्नलिंग और इलेक्ट्रिक बेल के काम में बहुत तेजी से सफलता हासिल की।
ड्राई सेल फॉर्म का उपयोग शुरुआती टेलीफोनों को बिजली देने के लिए किया जाता था – आमतौर पर टेलीफोन लाइन से ही बिजली खींचने से पहले बैटरी को फिट करने के लिए चिपकाए गए एक आसन्न लकड़ी के बक्से से। लेकलेंच सेल बहुत लंबे समय तक निरंतर करंट प्रदान नहीं कर सकता है। लंबी बातचीत में, बैटरी खत्म हो जाएगी, जिससे बातचीत सुनाई नहीं देगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि सेल में कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाएं आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाती हैं और इस प्रकार वोल्टेज कम करती हैं। बैटरी के निष्क्रिय रहने पर ये प्रतिक्रियाएँ स्वयं को उलट देती हैं, इसलिए यह केवल आंतरायिक उपयोग के लिए अच्छा है।
जिंक-कार्बन सेल, पहला ड्राई सेल
कई प्रयोगकर्ताओं ने इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के इलेक्ट्रोलाइट को उपयोग करने के लिए इसे और अधिक सुविधाजनक बनाने के लिए स्थिर करने की कोशिश की। 1812 का ज़ाम्बोनी पाइल एक हाई-वोल्टेज ड्राई बैटरी है लेकिन केवल मिनट करंट देने में सक्षम है। सेल्युलोज, चूरा, काता हुआ कांच, एस्बेस्टस फाइबर और जिलेटिन के साथ कई प्रयोग किए गए।
1886 में, कार्ल गैस्नर ने एक जर्मन पेटेंट प्राप्त किया लेकलेंच सेल के एक प्रकार पर, जिसे शुष्क सेल के रूप में जाना जाने लगा क्योंकि इसमें मुक्त तरल इलेक्ट्रोलाइट नहीं होता है। इसके बजाय, पेस्ट बनाने के लिए अमोनियम क्लोराइड को प्लास्टर ऑफ पेरिस के साथ मिलाया जाता है, जिसमें शेल्फ लाइफ बढ़ाने के लिए थोड़ी मात्रा में जिंक क्लोराइड मिलाया जाता है। इस पेस्ट में मैंगनीज डाइऑक्साइड कैथोड को डुबोया जाता है और दोनों को जिंक शेल में बंद कर दिया जाता है, जो एनोड के रूप में भी काम करता है। नवंबर 1887 में, उन्होंने उसी उपकरण के लिए यूएस पेटेंट 373,064 प्राप्त किया।
पिछली गीली कोशिकाओं के विपरीत, गैस्नर की सूखी कोशिका अधिक ठोस होती है, रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है, फैलती नहीं है, और किसी भी अभिविन्यास में इसका उपयोग किया जा सकता है। यह 1.5 वोल्ट की क्षमता प्रदान करता है। पहला बड़े पैमाने पर उत्पादित मॉडल कोलंबिया ड्राई सेल था, जिसे पहली बार 1896 में नेशनल कार्बन कंपनी द्वारा विपणन किया गया था। NCC ने प्लास्टर ऑफ पेरिस को कुंडलित कार्डबोर्ड से बदलकर गैस्नर के मॉडल में सुधार किया, एक नवाचार जिसने कैथोड के लिए अधिक जगह छोड़ी और बैटरी को इकट्ठा करना आसान बना दिया। यह जनता के लिए पहली सुविधाजनक बैटरी थी और पोर्टेबल विद्युत उपकरणों को व्यावहारिक बना दिया, और सीधे टॉर्च के आविष्कार का नेतृत्व किया।
समानांतर में, 1887 में विल्हेम हेलसेन ने अपना स्वयं का शुष्क सेल डिज़ाइन विकसित किया। यह दावा किया गया है कि हेलसन का डिजाइन गैस्नर से पहले का था।
1887 में, जापान के याई सकिज़ो द्वारा एक ड्राई-बैटरी विकसित की गई थी , जिसे 1892 में पेटेंट कराया गया था। 1893 में, Yai Sakizō की ड्राई-बैटरी को विश्व के कोलंबियाई प्रदर्शनी में प्रदर्शित किया गया था और इसने काफी अंतरराष्ट्रीय ध्यान आकर्षित किया था।
राष्ट्रीय संचारी रोग संस्थान, पहली क्षारीय बैटरी
1899 में, वाल्डेमर जुंगनर नाम के एक स्वीडिश वैज्ञानिक ने निकल-कैडमियम बैटरी का आविष्कार किया, एक रिचार्जेबल बैटरी जिसमें पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान में निकल और कैडमियम इलेक्ट्रोड होते हैं; क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करने वाली पहली बैटरी। 1910 में स्वीडन में इसका व्यावसायीकरण किया गया और 1946 में संयुक्त राज्य अमेरिका पहुंचा। पहले मॉडल मजबूत थे और लीड-एसिड बैटरी की तुलना में काफी बेहतर ऊर्जा घनत्व थे, लेकिन बहुत अधिक महंगे थे।
20वीं सदी: नई प्रौद्योगिकियां और सर्वव्यापकता
“एक्साइड” ब्रांड के तहत 1972 और 1975 के बीच निर्मित निकेल-आयरन बैटरी, मूल रूप से 1901 में थॉमस एडिसन द्वारा विकसित की गई थी ।
वाल्डेमर जुंगनर ने 1899 में निकल-लौह बैटरी का पेटेंट कराया था, उसी वर्ष नी-कैड बैटरी पेटेंट के रूप में, लेकिन इसे अपने कैडमियम समकक्ष से कमतर पाया और इसके परिणामस्वरूप, इसे विकसित करने की कभी परवाह नहीं की। चार्ज होने पर इसने बहुत अधिक हाइड्रोजन गैस का उत्पादन किया, जिसका अर्थ है कि इसे सील नहीं किया जा सकता था, और चार्जिंग प्रक्रिया कम कुशल थी (हालांकि, यह सस्ती थी)।
पहले से ही प्रतिस्पर्धी सीसा-एसिड बैटरी बाजार में लाभ कमाने का एक तरीका देखते हुए, थॉमस एडिसन ने 1890 के दशक में एक क्षारीय आधारित बैटरी विकसित करने पर काम किया, जिस पर उन्हें पेटेंट मिल सकता था। एडिसन ने सोचा कि अगर वह हल्की और टिकाऊ बैटरी वाली इलेक्ट्रिक कारों का उत्पादन करते हैं, तो यह उनकी फर्म के मुख्य बैटरी विक्रेता के रूप में मानक बन जाएगी। कई प्रयोगों के बाद, और शायद जुंगनर के डिजाइन से उधार लेकर, उन्होंने 1901 में एक क्षारीय आधारित निकल-लौह बैटरी का पेटेंट कराया। हालांकि, ग्राहकों ने एल्कलाइन निकेल-आयरन बैटरी के अपने पहले मॉडल को रिसाव के लिए प्रवण पाया, जिससे बैटरी का जीवन छोटा हो गया, और इसने लेड-एसिड सेल को भी बहुत अधिक मात नहीं दी। हालांकि एडिसन सात साल बाद एक अधिक विश्वसनीय और शक्तिशाली मॉडल का उत्पादन करने में सक्षम थे, इस समय तक सस्ती और विश्वसनीय मॉडल टी फोर्ड ने गैसोलीन इंजन कारों को मानक बना लिया था। फिर भी, एडिसन की बैटरी ने इलेक्ट्रिक और डीजल-इलेक्ट्रिक रेल वाहनों जैसे अन्य अनुप्रयोगों में, रेलवे क्रॉसिंग सिग्नल के लिए बैकअप पावर प्रदान करने, या खानों में उपयोग किए जाने वाले लैंप के लिए शक्ति प्रदान करने में बड़ी सफलता हासिल की।
सामान्य क्षारीय बैटरी
1950 के दशक के अंत तक, जिंक-कार्बन बैटरी एक लोकप्रिय प्राथमिक सेल बैटरी बनी रही, लेकिन इसकी अपेक्षाकृत कम बैटरी लाइफ ने बिक्री में बाधा डाली। 1955 में, नेशनल कार्बन कंपनी पर्मा रिसर्च लेबोरेटरी में यूनियन कार्बाइड के लिए काम कर रहे लुईस उरी नाम के एक इंजीनियर को जिंक-कार्बन बैटरी के जीवन को बढ़ाने का तरीका खोजने का काम सौंपा गया था, लेकिन उरी ने इसके बजाय फैसला किया कि क्षारीय बैटरी अधिक वादा करती है। उस समय तक, लंबे समय तक चलने वाली क्षारीय बैटरियां अव्यवहारिक रूप से महंगी थीं। उरी की बैटरी में एक मैंगनीज डाइऑक्साइड कैथोड और एक अल्कलाइन इलेक्ट्रोलाइट के साथ एक पाउडर जिंक एनोड होता है। पाउडर जस्ता का उपयोग करने से एनोड को अधिक सतह क्षेत्र मिलता है। इन बैटरियों को 1959 में बाजार में उतारा गया था।
निकेल-हाइड्रोजन और निकेल मेटल-हाइड्राइड
निकेल-हाइड्रोजन बैटरी ने वाणिज्यिक संचार उपग्रहों के लिए ऊर्जा-भंडारण सबसिस्टम के रूप में बाजार में प्रवेश किया।
छोटे अनुप्रयोगों के लिए पहला उपभोक्ता ग्रेड निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी (NiMH) 1989 में बाजार में 1970 के निकल-हाइड्रोजन बैटरी की भिन्नता के रूप में दिखाई दिया। NiMH बैटरियों की उम्र NiCd बैटरियों की तुलना में अधिक होती है (और उनका जीवनकाल बढ़ता रहता है क्योंकि निर्माता नई मिश्र धातुओं के साथ प्रयोग करते हैं) और चूंकि कैडमियम विषैला होता है, NiMH बैटरियां पर्यावरण के लिए कम हानिकारक होती हैं।
लिथियम और लिथियम-आयन बैटरी
लिथियम सबसे कम घनत्व वाली धातु है और सबसे बड़ी विद्युत रासायनिक क्षमता और ऊर्जा-से-भार अनुपात के साथ है। कम परमाणु भार और इसके आयनों का छोटा आकार भी इसके प्रसार को गति देता है, यह सुझाव देता है कि यह बैटरी के लिए एक आदर्श सामग्री बना देगा।जीएन लुईस के तहत 1912 में लिथियम बैटरी के साथ प्रयोग शुरू हुआ , लेकिन वाणिज्यिक लिथियम बैटरी 1970 के दशक तक बाजार में नहीं आई। तीन वोल्ट लिथियम प्राथमिक सेल जैसे कि CR123A प्रकार और तीन वोल्ट बटन सेल अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, खासकर कैमरों और बहुत छोटे उपकरणों में।
1980 के दशक में लिथियम बैटरी के संबंध में तीन महत्वपूर्ण विकास हुए। 1980 में, एक अमेरिकी रसायनज्ञ, जॉन बी गुडएनफ ने लीकोओ 2 कैथोड (पॉजिटिव लेड) की खोज की और एक मोरक्को के शोध वैज्ञानिक रचिड याज़ामी ने ठोस इलेक्ट्रोलाइट के साथ ग्रेफाइट एनोड (नेगेटिव लेड) की खोज की। 1981 में, जापानी रसायनज्ञ टोकियो यामाबे और शिज़ुकुनी याता ने एक उपन्यास नैनो-कार्बोनियस-पीएएस (पॉलीसीन) की खोज की। और पाया कि यह पारंपरिक तरल इलेक्ट्रोलाइट में एनोड के लिए बहुत प्रभावी था। इसने 1985 में पहली लिथियम-आयन बैटरी प्रोटोटाइप बनाने के लिए असाही केमिकल, जापान के अकीरा योशिनो द्वारा प्रबंधित एक शोध दल का नेतृत्व किया, जो लिथियम बैटरी का एक रिचार्जेबल और अधिक स्थिर संस्करण था; सोनी ने 1991 में लिथियम-आयन बैटरी का व्यावसायीकरण किया।
1997 में, Sony और Asahi Kasei द्वारा लिथियम पॉलीमर बैटरी जारी की गई थी। ये बैटरियां अपने इलेक्ट्रोलाइट को एक तरल विलायक के बजाय एक ठोस बहुलक सम्मिश्र में रखती हैं, और इलेक्ट्रोड और विभाजक एक दूसरे से टुकड़े टुकड़े होते हैं। बाद वाला अंतर बैटरी को एक कठोर धातु के आवरण के बजाय एक लचीले आवरण में बंद करने की अनुमति देता है, जिसका अर्थ है कि ऐसी बैटरी को किसी विशेष उपकरण को फिट करने के लिए विशेष रूप से आकार दिया जा सकता है। इस लाभ ने पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे मोबाइल फोन और व्यक्तिगत डिजिटल सहायकों और रेडियो-नियंत्रित विमानों के डिजाइन में लिथियम पॉलिमर बैटरी का समर्थन किया है, क्योंकि ऐसी बैटरी अधिक लचीली और कॉम्पैक्ट डिजाइन की अनुमति देती हैं। सामान्य लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में उनमें आमतौर पर कम ऊर्जा घनत्व होता है।
2019 में, जॉन बी. गुडएनफ , एम. स्टेनली व्हिटिंगम और अकीरा योशिनो को लिथियम-आयन बैटरी के विकास के लिए रसायन विज्ञान 2019 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।
