Alkalické baterie patří mezi nejúspěšnější spotřebitelské zdroje energie v historii a tvoří přibližně 80 % výroby baterií ve Spojených státech a zhruba 10 miliard baterií ročně vyrobených po celém světě. Napájejí každodenní zařízení, jako jsou například baterky, rádia, hračky, fotoaparáty, přehrávače CD, přehrávače MP3 a pagery. Jejich vývojová historie není příběhem jediného vynálezce, protože alkalická chemie existovala v jiných formách již dlouho před vznikem moderních suchých článků.
Proč je tato historie kontroverzní?
Historie alkalických baterií je kontroverzní, protože koncept „použití alkalického elektrolytu“ byl vyvinut nezávisle různými lidmi. Švédský inženýr Waldemar Jungner vynalezl dobíjecí alkalickou stříbrno-kadmiovou baterii v roce 1899 a zúčastnil se výzkumu nikl-železných a nikl-kadmiových baterií. Mezitím Thomas Edison nezávisle vyvinul v roce 1901 vlastní alkalickou baterii s cílem vytvořit odolný, dobíjecí a praktický zdroj energie.
Jinými slovy raná historie alkalických baterií nepatřila žádnému jedinému patentu ani jednotlivci, nýbrž byla výsledkem paralelního vývoje v různých oblastech.
Výzkum Jungnera prokázal, že alkalická chemie může podporovat dobíjecí baterie; Edisonova verze dále posunula vývoj vysokovýkonových a odolných baterií pro ukládání energie. Edisonova baterie používala elektrolyt z hydroxidu draselného a nikl-železné elektrody a Edison strávil roky testováním různých materiálů, než považoval produkt za zralý. Protože oba výzkumníci své studie prováděli nezávisle na sobě, nedošlo k žádnému skutečnému sporu o plagiátorství. Nakonec se technologie alkalických baterií již dříve, než došlo k širokému rozšíření moderních domácích baterií, ustavila dlouhou vývojovou dráhu.
Jungnerův výzkum z roku 1899 představuje nejranější stádium vývoje alkalických baterií. Jeho dobíjecí baterie s alkalickým elektrolytem byla významným průlomem ve srovnání s mnoha dřívějšími bateriemi. Zúčastnil se také vývoje technologií nikl-železo a nikl-kadmium, čímž si zajistil důležité místo v historii baterií.
Edisonova alkalická baterie, vyvinutá v roce 1901, byla dokončena nezávisle s cílem uspokojit potřeby dopravního sektoru tehdejší doby. Jeho tým doufal, že vytvoří lehčí a výkonnější baterii pro podporu elektrických vozidel, která tehdy stále soutěžila s jinými pohonnými systémy. Edisonova baterie se lišila od později v obchodech prodávaných alkalických suchých článků, avšak ukazovala podobný směr řešení problému trvanlivého a přenosného zdroje energie. Jungner spolu s Edisonem položil technologický základ pro pozdější vynálezce.
Po těchto raných průlomech se vývoj technologie alkalických baterií dlouhou dobu zastavil. Ačkoli chemický systém již existoval, tržní poptávka po malých, dlouhodobě trvanlivých přenosných zdrojích energie nestačila k urychlení jejich rychlého rozvoje.
Přibližně půl století později, v 50. letech 20. století, se situace změnila. S nástupem přenosné elektroniky a domácích spotřebičů vzrostla potřeba baterií s lepším výkonem.
Nejdůležitějšími tržními pohony byly kapesní svítilny a nově vznikající tranzistorová rádia. Tyto zařízení vyžadovaly stabilní a dlouhodobě trvající zdroj energie. I když tradiční baterie na bázi zinku a uhlíku byly funkční, jejich krátká životnost a špatný výkon v zařízeních s vysokou spotřebou energie byly nežádoucí. Rozšíření spotřební elektroniky vedlo uživatele k požadavku na baterie s delší životností, stabilnějším napětím a menším počtem výměn, čímž se otevřela cesta moderní alkalické baterii.
Moderní suchá alkalická článková baterie je často připisována kanadskému inženýrovi Lewisovi Urrymu. Pracoval ve společnosti Eveready (značka podniku Union Carbide, později rozvinutá do značky Energizer). V roce 1955 byl poslán do výzkumné laboratoře v Parmě v Ohio, aby zlepšil tehdejší krátkoživotné baterie na bázi zinku a uhlíku.
Urryho klíčovým objevem bylo, že kombinace zinku s oxidem manganitým a použití alkalického elektrolytu umožňuje vytvořit baterie s delší životností, které jsou lépe vhodné pro přenosnou spotřební elektroniku. Později dále zlepšil výkon baterií použitím zinkového prášku.
V roce 1957 podal Urry společně s Karlem Kordeschem a P. A. Marsalem žádost o patent na alkalickou baterii, který byl udělen v roce 1960.
První alkalické baterie značky Eveready byly uvedeny na trh v letech 1958–1959 a značka byla oficiálně přejmenována na Energizer v roce 1980. I když se v počáteční fázi výroby vyskytly některé výrobní potíže, jakmile byly tyto problémy vyřešeny, dosáhly baterie rychle velkého obchodního úspěchu. Alkalické baterie, které se používají dodnes, jsou v podstatě založeny na Urryho původním návrhu.
Moderní alkalické baterie používají zinek jako zápornou elektrodu (oxid manganitý jako kladnou elektrodu) a alkalický elektrolyt, který podporuje chemickou reakci. Tento systém je zvláště vhodný pro zařízení se spotřebou energie nízkou až střední, protože dokáže stabilně dodávat výkon po relativně dlouhou dobu.
Alkalické baterie jsou proto ideální pro zařízení, jako jsou dálkové ovladače, hračky, rádia a baterkové svítilny.
Ve srovnání s dřívějšími bateriemi nabízejí alkalické baterie výrazné zlepšení spolehlivosti, trvanlivosti při skladování a snadnosti použití. Jsou natolik levné, že je lze vyrábět sériově, a v mnoha běžných situacích jsou lepší než tradiční zinek-uhlíkové baterie. Jejich standardizovaný válcový tvar usnadňuje také jejich normalizaci a široké využití v spotřebních výrobcích. Právě tato kombinace chemického systému a výrobního procesu způsobila, že se alkalické baterie staly v mnoha domácnostech výchozím typem jednorázových baterií.
Alkalické baterie se široce používají v různých spotřebních elektronických zařízeních, protože nabízejí dobrý kompromis mezi cenou, dostupností a výkonem. Jsou zvláště vhodné pro zařízení, která nepotřebují extrémně vysoký okamžitý výkon, ale vyžadují dlouhou životnost baterie, například rádia, hračky, fotoaparáty a baterkové svítilny. Jejich popularita vyplývá spíše z praktičnosti než z technologické sofistikovanosti.
Úspěch alkalických baterií odráží, jak se technologie přizpůsobuje každodennímu životu. Vzhledem k rostoucímu rozšíření přenosných elektronických zařízení potřebovali spotřebitelé levný, standardizovaný a snadno nahraditelný zdroj energie. Alkalické baterie tento požadavek splňovaly lépe než mnoho dřívějších řešení. Proto i přes neustálý rozvoj dobíjecí technologie zůstávají alkalické baterie jedním z nejběžnějších zdrojů energie v moderních domácnostech.
Historie alkalických baterií ukazuje, jak mohou spolu působit vynález, vhodný časový okamžik a tržní poptávka. Jungner a Edison představili koncept alkalických baterií ještě před tím, než se trh vyvíjel, zatímco Urry v polovině 20. století úspěšně spojil tento chemický systém s reálnými komerčními potřebami. Výsledkem nebyla pouze baterie, ale základní platforma, která posunula vývoj éry přenosné elektroniky.
Dnes jsou alkalické baterie tak rozšířené, že se zdají být samozřejmostí, avšak jejich úspěch je ve skutečnosti postaven na desetiletích experimentování a zlepšování. Od prvních dobře nabíjecích alkalických baterií po moderní suché články se zinkem a oxidem manganu je jejich vývoj spíše historií nepřetržitého zdokonalování než jediného okamžikového vynálezu. To vysvětluje, proč zůstávají alkalické baterie životně důležitým představitelem každodenních zdrojů přenosné energie.
Stručná historie alkalických baterií, od raných vynálezů Jungnera a Edisona po průlomový objev Lewise Urryho, který umožnil vznik éry přenosné elektroniky.
EN
