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Las primeras baterías nacieron de la necesidad de investigar la electricidad de una manera regular y estable.
Investigando las propiedades de la electricidad
Michael Faraday comenzó en 1832 lo que prometía ser un intento bastante tedioso de demostrar que todas las electricidades tenían precisamente las mismas propiedades y causaban precisamente los mismos efectos. El efecto clave era la descomposición electroquímica. La electricidad voltaica y electromagnética no planteaban problemas, pero la electricidad estática sí. A medida que Faraday profundizaba en el problema, hizo dos descubrimientos sorprendentes.
En primer lugar, la fuerza eléctrica no actuaba, como se había supuesto durante mucho tiempo, a distancia sobre las moléculas químicas para hacer que se disociaran. Era el paso de la electricidad a través de un medio conductor líquido lo que hacía que las moléculas se disociaran, incluso cuando la electricidad se descargaba en el aire y no pasaba a un «polo» o «centro de acción» en una celda voltaica. En segundo lugar, se descubrió que la cantidad de descomposición estaba relacionada de manera simple con la cantidad de electricidad que pasaba a través de la solución.
Estos hallazgos llevaron a Faraday a una nueva teoría de la electroquímica. La fuerza eléctrica, argumentó, ponía a las moléculas de una solución en un estado de tensión. Cuando la fuerza era lo suficientemente fuerte como para distorsionar los campos de fuerzas que mantenían unidas las moléculas, lo que permitía la interacción de estos campos con partículas vecinas, la tensión se aliviaba mediante la migración de partículas a lo largo de las líneas de tensión, con diferentes especies de átomos migrando en direcciones opuestas.
La cantidad de electricidad que pasaba, entonces, estaba claramente relacionada con las afinidades químicas de las sustancias en solución. Estos experimentos llevaron directamente a las dos leyes de la electroquímica de Faraday:
- La cantidad de una sustancia depositada en cada electrodo de una celda electrolítica es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través de la celda.
- Las cantidades de diferentes elementos depositados por una cantidad dada de electricidad están en la proporción de sus pesos equivalentes químicos.
Electroquímica de mediados del siglo XIX
Hippolyte Pixii, un fabricante de instrumentos francés construyó el primer dinamo de corriente continua en 1832. Esta fue el primer generador mecánico práctico de corriente eléctrica que utilizaba conceptos demostrados por Faraday. La máquina contenía un imán permanente que se hacía girar con una manivela.
El imán giratorio se colocaba de manera que sus polos norte y sur pasaran por una pieza de hierro enrollada con alambre. Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso de corriente en el alambre cada vez que un polo pasaba por la bobina. Además, los polos norte y sur del imán inducían corrientes en direcciones opuestas.
William Sturgeon construyó un motor eléctrico en 1832 e inventó el conmutador, una parte integral de la mayoría de los motores eléctricos modernos. También mejoró la batería voltaica y trabajó en la teoría de la termoelectricidad. A partir de más de 500 observaciones con cometas, estableció que en tiempo sereno la atmósfera está invariablemente cargada positivamente con respecto a la Tierra, volviéndose más positiva con la altitud creciente.
Sturgeon fundó la revista «Annals of Electricity» en 1836 y la editó hasta que dejó de publicarse en 1843, 10 volúmenes después de su inicio. Su revista fue la primera de su tipo sobre electricidad en Inglaterra. También en 1836, inventó el primer galvanómetro de bobina suspendida y posteriormente varias máquinas electromagnéticas de diversos tipos.
Daniell y su pila
John Daniell comenzó experimentos en 1835 en un intento de mejorar la batería voltaica con su problema de ser inestable y una fuente débil de corriente eléctrica. Sus experimentos pronto llevaron a resultados sorprendentes. En 1836, inventó una celda primaria en la que se eliminaba el hidrógeno en la generación de electricidad. Daniell había resuelto el problema de la polarización.
En su laboratorio había aprendido a alejar el cinc amalgamado de Sturgeon con mercurio. Su versión fue la primera batería de la clase de dos fluidos y la primera batería que producía una fuente constante y confiable de corriente eléctrica durante un largo período de tiempo. Es decir, la potencia se mantuvo constante con este tipo de batería al aplicarla repetidamente sin quitar los metales, lo cual era una fuente de debilidad en todas las baterías de un solo fluido. Hasta ahora, la corriente de otras baterías disminuía rápidamente. Su colocación de una barrera entre las placas de cobre y cinc evitaba que se formara hidrógeno.
Bobinas de inducción
Nicholas Joseph Callan creó la primera bobina de inducción en 1836. Tomó una barra de hierro en forma de herradura y la enrolló con alambre delgado aislado y luego enrolló alambre grueso aislado sobre los devanados del alambre más delgado.
Descubrió que, cuando una corriente enviada por una batería a través de una bobina «primaria» (un pequeño número de vueltas de alambre de cobre grueso alrededor de un núcleo de hierro suave) se interrumpía, se producía una corriente de alto voltaje en una bobina «secundaria» no conectada (un gran número de vueltas de alambre fino).
Callan también produjo el primer transformador utilizando alambres de diferentes tamaños en los devanados. Las tres bobinas secundarias contienen un total de 150,000 pies de alambre fino de hierro. La bobina primaria está hecha de cinta de cobre enrollada alrededor de un núcleo de alambres de hierro.
Pilas de combustible primitivas y el telégrafo
William Grove produjo la primera pila de combustible en 1839. Basó su experimento en el hecho de que enviar una corriente eléctrica a través del agua separa el agua en sus componentes de hidrógeno y oxígeno. Entonces, Grove intentó invertir la reacción: combinar hidrógeno y oxígeno para producir electricidad y agua. Esto es la base de una pila de combustible simple. El término «pila de combustible» se acuñó más tarde en 1889 por Ludwig Mond y Charles Langer, quienes intentaron construir el primer dispositivo práctico utilizando aire y gas industrial de carbón.
William Grove también presentó una batería potente en la reunión anual de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia en 1839. La primera celda de Grove consistió en zinc en ácido sulfúrico diluido y platino en ácido nítrico concentrado, separados por una maceta porosa (Batería Grove).
La celda pudo generar aproximadamente 12 amperios de corriente a unos 1.8 voltios. Esta celda tenía casi el doble de voltaje que la primera celda de Daniell. La celda de ácido nítrico de Grove fue la batería favorita de los primeros telegrafistas estadounidenses (1840-1860), ya que ofrecía una fuerte salida de corriente.
A medida que aumentó el tráfico telegráfico, se descubrió que la celda de Grove despedía gas venenoso de dióxido de nitrógeno. Las grandes oficinas de telégrafos estaban llenas de gas de filas de baterías de Grove que silbaban. A medida que los telégrafos se volvieron más complejos, la necesidad de un voltaje constante se volvió crítica y el dispositivo de Grove estaba necesariamente limitado (a medida que la celda se descargaba, el ácido nítrico se agotaba y el voltaje disminuía).
Para la época de la Guerra Civil estadounidense, la batería de Grove fue reemplazada por la batería de Daniell. En 1841, Bunsen reemplazó el caro electrodo de platino utilizado en la batería de Grove por un electrodo de carbono. Esto condujo al uso a gran escala de la «batería Bunsen» en la producción de luz de arco y en la galvanoplastia.
Para más informacion Late great engineers: William Robert Grove – Inventor of the hydrogen fuel cell
Historia de la electroquímica
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