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배터리의 역사 : 배터리 전구체 및 볼타크 파일, 배터리 기술의 발전

by 동동이22 2023. 6. 21.

서론

배터리는 수천 년 전으로 거슬러 올라가는 매혹적인 역사를 가지고 있습니다. 고대의 전구체에서 현대의 에너지 저장 솔루션에 이르기까지 배터리의 발전과정은 휴대용 전력에 대한 인류의 탐구를 보여줍니다. 우리는 배터리의 역사를 살펴보고 이 필수 기술의 발전을 형성한 중요한 이정표와 돌파구를 알아가 볼 것입니다.

기존 배터리 전구체

현대 배터리가 등장하기 훨씬 전에, 매력적인 고고학적 발견들은 전기에 대한 인류의 초기 이해를 암시하는 고대 배터리 전구체의 증거를 제공했습니다. 다음 두 가지 주목할 만한 예를 더 자세히 살펴보겠습니다:

 

바그다드 배터리:

고대 배터리와 같은 기술을 보여주는 흥미로운 유물 중 하나는 기원전 250년에서 기원후 224년 사이의 파르티아 시대로 거슬러 올라가는 바그다드 배터리입니다. 오늘날 이라크에서 발견된 바그다드 배터리는 구리 원통과 쇠막대가 들어 있는 점토 항아리로 구성되어 있습니다. 구성 요소는 직접 접촉을 방지하기 위해 아스팔트 또는 아스팔트 플러그로 분리됩니다. 바그다드 포대의 정확한 목적은 역사학자들과 고고학자들 사이에서 논쟁의 대상으로 남아 있지만, 몇몇 이론들은 그것이 전기 도금이나 간단한 갈바닉 전지로 사용될 수 있다고 제안합니다. 병에 식초나 구연산과 같은 산성 전해액이 채워져 있었다면 구리와 철 전극이 접촉했을 때 적당한 전류를 생성할 수 있었을 것입니다.

 

볼타크 파일:

1938년, 이라크에서 발굴 작업을 하는 동안, 현대 배터리의 또 다른 전구체가 발굴되었습니다. 볼타익 파일로 알려진 이 발견은 전기에 대한 초기 이해에 대한 통찰력을 제공합니다. 볼타크 파일은 구리와 철 원판을 겹겹이 쌓아 올리고, 그 사이에 소금물에 적신 천이나 판지를 전해질로 배치했습니다. 볼타익 파일의 제조방법은 현대 배터리의 원리에 영감을 주었습니다. 스택의 상단과 하단이 와이어로 연결되었을 때, 작은 전류가 발생했습니다. 볼타크 파일은 고대에는 실용적으로 사용되지 않았지만, 배터리 기술의 후속 발전을 위한 토대를 마련했습니다.

 

볼타크 파일과 현대 배터리의 탄생

현대 배터리의 진정한 탄생은 이탈리아 물리학자이자 발명가인 알레산드로 볼타의 선구적인 업적에 기인할 수 있습니다. 1800년, 볼타는 전기의 풍경을 영원히 바꾸고 현대 배터리의 개발로 이어질 획기적인 발견을 했습니다.

 

Voltaic Pile 또는 Voltaic Cell로 알려진 Volta의 혁명적인 발명은 전기 화학반응의 원리와 전류의 생성을 이해하는 데 커다란 영향을 미쳤습니다. 동물 전기에 대한 루이지 갈바니의 실험에 영감을 받아, 볼타는 지속적인 전기 공급원을 만들 수 있는 가능성을 탐구하기 시작했습니다.

볼타익 파일은 아연과 구리 디스크의 교대 층으로 구성되어 있으며, 소금물에 적신 판지가 금속 쌍 사이의 전해질 분리기 역할을 합니다. 이 독특한 배열은 아연과 전해질 사이의 계면에서 화학반응을 일으켜 전자의 전달과 전류의 생성을 초래했습니다.

 

볼타의 발명은 실용적인 전기 발전의 측면에서 돌파구일 뿐만 아니라 과학적 이해의 승리였습니다. 그것은 이전에 믿었던 것처럼, 살아있는 유기체의 사용을 통해서만 전기가 생산될 수 있는 것이 아니라 통제된 화학적 과정을 통해 생산될 수 있다는 것을 증명했습니다. 이 개념은 오늘날 우리가 알고 있는 배터리 개발의 토대를 마련했습니다.

 

볼타의 발명의 중요성은 직접적인 응용을 넘어 확장되었습니다. 그것은 실험과 혁신의 물결을 일으켰고, 전 세계의 과학자들과 발명가들이 배터리 기술을 탐구하고 개선하도록 영감을 주었습니다. Volta의 연구는 배터리 설계의 후속 개발을 위한 토대를 마련하여 다양한 유형의 셀과 구성으로 이어졌습니다.

 

Voltaic Pile은 또한 현대 배터리 기술을 뒷받침하는 기본 원칙을 확립했습니다. 이러한 원칙에는 이온 전달을 위한 매개체로서의 전해질의 개념, 전자 흐름을 촉진하는 전극의 역할, 전기 화학반응을 시작하고 유지하기 위한 적절한 재료 조합의 필요성이 포함됩니다.

 

볼타의 발명의 영향은 과학 연구의 영역을 훨씬 넘어 반향을 일으켰습니다. 그것은 통신과 운송에서부터 휴대용 전자제품과 재생 에너지에 이르기까지 다양한 산업에서 혁신적인 발전의 발판을 마련했습니다.

 

오늘날, 볼타의 유산은 그의 이름을 딴 전위의 단위인 볼트를 통해 기념됩니다. 전압은 전기의 힘을 풀고 현대 세계에 전력을 공급하는 배터리의 토대를 마련하는 데 있어 이 비전 있는 과학자의 엄청난 기여를 상기시켜 주는 역할을 합니다.

 

볼타의 볼타 파일은 인간의 호기심, 실험 및 혁신에 대한 증거로 남아 있습니다. 그것은 배터리 기술 역사에서 중추적인 순간을 의미하며, 에너지 저장, 휴대용 전자 제품, 전기 자동차 및 재생 가능 에너지원의 통합에서 우리의 삶을 지속적으로 형성하고 발전을 주도하는 혁명에 불을 붙입니다.

 

과학자와 엔지니어가 Volta에 의해 구축된 기반을 바탕으로 배터리 기술의 추가적인 발전과 개선을 기대할 수 있으며, 보다 지속 가능하고 에너지 효율적인 미래를 보장할 수 있습니다.

 

배터리 기술의 발전

1800년 알레산드로 볼타의 볼타크 파일의 발견은 배터리 기술의 일련의 놀라운 발전을 위한 발판을 마련했습니다. 과학자들과 발명가들은 Volta의 연구를 바탕으로 영감을 받아 상당한 발전과 점점 더 정교해지는 배터리의 개발을 이끌었습니다. Volta의 발명에 이은 두 가지 주목할 만한 발전에 대해 알아보겠습니다:

 

대니얼 셀

1836년 영국의 화학자이자 기상학자인 존 F. Daniel은 Volta의 원래 디자인보다 눈에 띄는 발전인 Daniel Cell을 소개했습니다. Daniel Cell은 보다 안정적이고 안정적인 전기 공급원을 제공하면서 Voltaic Pile의 한계를 해결했습니다. 황산아연 용액에 담근 아연 양극과 황산구리 용액에 담근 구리 음극으로 구성되었습니다. 혼합을 방지하기 위해 두 용액을 다공성 냄비 또는 소금 브리지로 분리했습니다.

 

Daniel Cell의 핵심 혁신은 각 전극에 대해 별도의 구획을 사용하고 서로 다른 전해질을 통합하는 것이었습니다. 이 설계는 Voltaic Pile의 효율성을 방해하는 화학 부산물의 축적을 방지했습니다. Daniel Cell은 더 오랜 기간 동안 지속적인 전기 흐름을 제공하여 전신 시스템, 과학 실험 및 신뢰할 수 있는 전원을 필요로 하는 다른 응용 프로그램에 적합하게 만들었습니다.

 

납축 배터리

1859년, 프랑스 물리학자 가스통 플랜테가 납산 배터리를 발명하여 배터리 기술에 중요한 이정표를 세웠습니다. Planté의 발명품은 세계 최초의 충전식 배터리를 소개했고, 이 배터리는 에너지 저장과 전기 자동차의 개발에 깊은 영향을 미칠 것입니다.

 

납축 배터리는 황산 전해액에 침지된 납판을 사용한 설계를 특징으로 합니다. 충전 과정에서 외부 전류가 가해지면 화학반응이 일어나 황산납이 다시 납과 이산화납으로 전환됩니다. 이 프로세스는 이후의 방전 사이클을 위해 배터리 용량을 효과적으로 복구했습니다.

 

납축 배터리는 나중에 사용할 수 있도록 전기 에너지를 저장하는 실용적이고 효율적인 수단을 제공함으로써 판도를 바꾸는 것으로 입증되었습니다. 여러 번 재충전할 수 있는 기능을 통해 신뢰성과 비용 효율성을 제공하는 다목적 전원이 되었습니다. 납축 배터리는 자동차 애플리케이션, 통신 및 오프 그리드 전력 시스템을 포함한 다양한 산업 분야에서 광범위하게 채택되었습니다.

 

납축 배터리의 도입은 전기 운송의 새로운 가능성을 열었습니다. 전기 모터에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지 저장을 제공하면서 초기 전기 자동차의 개발에 중추적인 역할을 했습니다. 납축 배터리는 그 이후로 특정 응용 분야에서 더 발전된 기술에 의해 능가되었지만, 특히 자동차 스타터 배터리와 백업 전원 시스템에서 오늘날에도 사용되고 있습니다.

 

이러한 배터리 기술의 발전은 향상된 에너지 저장 및 활용률에 대한 끊임없는 추구를 보여줍니다. 각각의 혁신은 배터리의 진화를 주도하고 다양한 산업 분야에 적용 범위를 넓히면서 이전의 혁신들의 성과를 바탕으로 이루어졌습니다.

 

이러한 초기 혁신 이후 수십 년과 수 세기 동안 배터리 기술은 놀라운 속도로 계속 발전했습니다. 연구원들과 엔지니어들은 서로 다른 화학 물질, 디자인 및 재료를 탐구하여 니켈-카드뮴(NiCd), 니켈-금속 수소화물(NiMH) 및 리튬-이온(Li-ion) 배터리와 같은 광범위한 배터리 유형의 개발을 이끌었습니다. 각각의 후속 발전은 에너지 밀도, 수명, 안전성 및 충전 기능의 향상을 가져와 휴대용 전자 제품, 전기 자동차, 재생 에너지 시스템 등의 성장에 동력을 제공했습니다.

 

사회의 에너지 수요가 계속해서 발전함에 따라 배터리 기술에 대한 지속적인 연구와 혁신은 깨끗하고 효율적이며 지속 가능한 에너지 저장이 기술 환경의 선두에 있는 미래를 가능하게 하는 훨씬 더 인상적인 발전의 가능성을 가지고 있습니다.

 

결론

배터리의 역사는 인간의 독창성과 휴대용 전력에 대한 우리의 지속적인 탐구에 대한 증거입니다. 고대의 전구체로부터 볼타이크 파일과 그에 따른 배터리 기술의 발전에 이르기까지 배터리는 시간이 지남에 따라 엄청나게 발전해 왔습니다. 오늘날 배터리는 스마트폰과 노트북에서 전기 자동차와 재생 에너지 저장 시스템에 이르기까지 우리의 일상생활에 동력을 공급합니다. 기술이 계속 발전함에 따라, 우리는 배터리 설계와 화학 분야에서 새로운 혁신을 기대할 수 있으며, 에너지 저장 및 지속 가능한 전력 솔루션의 새로운 시대를 맞이할 수 있습니다.