Az lúgos elemek a történelem egyik legsikeresebb fogyasztói áramforrása, az Egyesült Államokban kb. a teljes elemgyártás 80%-át, világszerte évente kb. 10 milliárd elemet teszik ki. Mindennapi eszközöket hajtanak, például zseblámpákat, rádiókat, játékokat, fényképezőgépeket, CD-lejátszókat, MP3-lejátszókat és távirányítókat. Fejlesztésük története nem egyetlen feltaláló története, mivel az lúgos kémia más formában már létezett a modern szárazcellás elemek megjelenése előtt is.
Miért vitatott ez a történet?
Az lúgos elemek története vitatott, mert a „lúgos elektrolit használata” fogalmát különböző személyek függetlenül dolgozták fel. A svéd mérnök, Waldemar Jungner 1899-ben találta fel az újratölthető lúgos ezüst-kadmium akkumulátort, és részt vett a nikkel-vas és nikkel-kadmium akkumulátorok kutatásában. Ugyanakkor Thomas Edison 1901-ben függetlenül fejlesztette saját lúgos akkumulátorát, remélve, hogy egy erős, újratölthető és gyakorlatias energiaforrást hoz létre.
Más szavakkal, a lúgos elemek korai története nem egyetlen szabadalomhoz vagy egyetlen személyhez köthető, hanem különböző régiókban párhuzamosan zajló fejlesztés eredménye.
Jungner kutatásai bizonyították, hogy az lúgos kémia alkalmazható újratölthető akkumulátorok készítésére; Edison változata további lendületet adott a nagy teljesítményű, tartós energiatároló akkumulátorok fejlesztésének. Edison akkumulátora kálium-hidroxid elektrolitot és nikkel-vas elektródákat használt, és évekig tesztelte különféle anyagokat, mielőtt a terméket érettnek nyilvánította. Mivel mindkét kutató függetlenül végezte munkáját, nem alakult ki valódi plágiumvitás helyzet. Végül az lúgos akkumulátor-technológia már hosszú fejlődési úton járt, mielőtt a modern háztartási akkumulátorok széles körben elterjedtek volna.
Jungner 1899-es kutatása az lúgos akkumulátorok fejlesztésének legkorábbi szakaszát jelenti. Az általa kifejlesztett újratölthető akkumulátor, amely lúgos elektrolitot használt, jelentős áttörést jelentett sok korábbi akkumulátorral összehasonlítva. Részt vett a nikkel-vas és a nikkel-kadmium technológiák fejlesztésében is, így fontos helyet foglal el az akkumulátorok történetében.
Edison lúgos akkumulátorát, amelyet 1901-ben fejlesztett ki, függetlenül fejezték be, a korabeli közlekedési szektor igényeinek kielégítése érdekében. Csapatának célja egy könnyebb, erősebb akkumulátor létrehozása volt az elektromos járművek támogatására, amelyek ekkor még más hajtási rendszerekkel versengtek. Edison akkumulátora eltért azoktól a lúgos szárazelemektől, amelyeket később kereskedelmi forgalomba hoztak, de hasonló irányban mutatott a tartós, hordozható energiaellátás problémájának megoldásában. Jungner és Edison együtt teremtették meg a későbbi feltalálók technológiai alapjait.
Hosszú stagnációs időszak
Ezek utáni korai áttörések után a lúgos akkumulátor-technológia fejlődése hosszú ideig elakadt. Bár a kémiai rendszer létezett, a kis méretű, hosszú élettartamú hordozható energiaforrások iránti piaci kereslet nem volt elegendő a gyors fejlődés előmozdításához.
Kb. fél évszázaddal később, az 1950-es években a helyzet megváltozott. A hordozható elektronikai eszközök és háztartási készülékek térhódításával egyre nagyobb igény jelentkezett jobb teljesítményű akkumulátorok iránt.
A legfontosabb piaci hajtóerők a zseblámpák és a megjelenő tranzisztoros rádiók voltak. Ezekhez az eszközökhöz stabil, hosszú élettartamú energiaellátásra volt szükség. Bár a hagyományos cink-karbon elemek működtek, rövid élettartamuk és gyenge teljesítményük az energiaigényes eszközökben nem volt kívánatos. A fogyasztói elektronika elterjedése miatt a felhasználók hosszabb üzemidőt, stabilabb feszültséget és kevesebb cserét igénylő elemeket kezdtek el kérni, ami az új típusú lúgos elemek útját nyitotta meg.
A modern lúgos szárazcellás elemet gyakran a kanadai mérnök, Lewis Urrynek tulajdonítják. Ő az Eveready cég (a Union Carbide egyik márkája, később az Energizer lett) alkalmazottja volt. 1955-ben egy kutatólaboratóriumba küldték Parma, Ohio államban, hogy javítsa a korábban rövid élettartamú cink-karbon elemeket.
Urry kulcsfelfedezése az volt, hogy a cink és a mangán-dioxid kombinálása, valamint egy lúgos elektrolit használata hosszabb élettartamú, mobil fogyasztói elektronikára jobban alkalmazható elemeket eredményez. Később tovább javította az elemek teljesítményét porított cink alkalmazásával.
1957-ben Urry Karl Kordesch és P. A. Marsal társaságában benyújtott egy lúgos elemre vonatkozó szabadalmi bejelentést, amelyet 1960-ban adtak ki.
Az első Eveready lúgos elemeket 1958 és 1959 között hozták forgalomba, és a márkát hivatalosan 1980-ban Energizer névre változtatták. Bár a korai gyártás során néhány gyártástechnológiai problémába ütköztek, miután ezeket megoldották, az elem gyorsan nagy kereskedelmi sikert ért el. A ma is használatban lévő lúgos elemek lényegében Urry eredeti tervezete alapján készülnek.
A modern lúgos elemek cinket használnak negatív elektródként (mangán-dioxidot pozitív elektródként) és lúgos elektrolitot a kémiai reakció támogatására. Ez a rendszer különösen alkalmas alacsony- és közepes fogyasztású eszközök számára, mivel viszonylag hosszú ideig stabilan tud teljesítményt szolgáltatni.
Ezért a lúgos elemek ideálisak távirányítókhoz, játékokhoz, rádiókhoz és zseblámpákhoz.
Az előző generációs elemekhez képest a lúgos elemek jelentős javulást mutatnak megbízhatóságukban, tárolási élettartamukban és kezelhetőségükben. Elég olcsók ahhoz, hogy tömeggyártásra legyenek alkalmasak, és sok mindennapi helyzetben felülmúlják a hagyományos cink-szén elemeket. Szabványos hengeres alakjuk továbbá egyszerűvé teszi szabványosításukat, és széles körben használják őket fogyasztói termékekben. Éppen e kombináció – a kémiai rendszer és a gyártási folyamat – tette a lúgos elemeket a háztartásokban általánosan elfogadott egyszer használatos elemekké.
A lúgos elemeket széles körben használják különféle fogyasztói elektronikai termékekben, mert jó egyensúlyt érnek el az ár, a rendelkezésre állás és a teljesítmény között. Különösen alkalmasak olyan eszközökhöz, amelyek nem igényelnek rendkívül magas pillanatnyi teljesítményt, de hosszú üzemidőt igényelnek, például rádiókhoz, játékokhoz, fényképezőgépekhez és zseblámpákhoz. Népszerűségük inkább a gyakorlatiasságból, semmint a technológiai fejlettségből fakad.
A lúgos elemek sikeressége azt tükrözi, hogyan alkalmazkodik a technológia a mindennapi élethez. Ahogy a hordozható elektronikai eszközök egyre elterjedtebbé váltak, a fogyasztóknak szükségük volt egy olcsó, szabványosított és könnyen cserélhető energiaforrásra. A lúgos elemek jobban megfeleltek ennek az igénynek, mint sok korábbi megoldás. Ezért még ma is, a töltőelemek folyamatos fejlődése mellett is a lúgos elemek maradtak az egyik leggyakoribb energiaforrássá a modern háztartásokban.
Az lúgos elemek története bemutatja, hogyan működhetnek együtt a feltalálás, a megfelelő időpont és a piaci kereslet. Jungner és Edison még a piac érése előtt megalkották az lúgos elemek fogalmát, míg Urry a 20. század közepén sikeresen ötvözte ezt a kémiai rendszert a valós kereskedelmi igényekkel. Ami végül született, nem csupán egy elem volt, hanem egy alapvető platform, amely meghajtotta a hordozható elektronikai korszak fejlődését.
Ma az lúgos elemek olyan általánosan elterjedtek, hogy mindennapi dolgokként tűnnek, de sikerük valójában évtizedeknyi kísérletezésen és fejlesztésen alapul. A korai újratölthető lúgos elemektől a modern cink-mangán-dioxid szárazcellás elemekig fejlődésük inkább egy folyamatos finomítás története, mint egyetlen, pillanatszerű feltalálásé. Ez magyarázza, miért maradnak az lúgos elemek a mindennapi hordozható energiaforrások fontos képviselői.
Az lúgos elemek rövid története: a Jungner és Edison által kifejlesztett korai találmányoktól Lewis Urry áttöréséig, amely lehetővé tette a hordozható elektronikai eszközök korszakát.
EN
