Straßenbahn Aale inspirierten die erste Batterie vor zwei Jahrhunderten

Da dieser weltweite Drang an großen Mengen tragbarer Kraft immer schneller wächst, nach sich ziehen viele Innovatoren versucht, die aktuelle Batterietechnologie durch irgendwas Besseres zu ersetzen.

Welcher italienische Physiker Alessandro Volta nutzte grundlegende elektrochemische Prinzipien, wie er 1800 die erste Batterie erfand. Im Wesentlichen erzeugt die physikalische Verkettung zweier verschiedener Materialien, normalerweise Metalle, eine Reaktion, die zum Strom von Elektronen von einem Werkstoff zum anderen führt. Dieser Elektronenstrom stellt tragbare Kraft dar, die zur Stromproduktion genutzt werden kann.

Die ersten Materialien, die Menschen zur Herstellung von Batterien verwendeten, waren Kupfer und Zn. Die besten Batterien von heute – diejenigen, die die höchste elektrische Leistung zusammen mit kleinstmöglicher Größe erzeugen – paaren dasjenige Metall Lithium mit einer von mehreren verschiedenen Metallverbindungen. Im Laufe dieser Jahrhunderte gab es stetige Verbesserungen, trotzdem moderne Batterien beruhen hinauf dieser gleichen Strategie wie die von Volta: Paaren Sie Materialien, die eine elektrochemische Reaktion betätigen und die erzeugten Elektronen parieren können.

Freilich wie ich in meinem Buch „Spark: The Life of Electricity and the Electricity of Life“ beschreibe, wurden elektrische Fische, wie dieser Salzwasser-Torpedofisch (Torpedo Torpedo) des Mittelmeers, noch im Vorfeld von Menschenhand hergestellte Batterien elektrischen Strom erzeugten, und insbesondere die verschiedenen Zitteraale im Süßwasser aus Südamerika (Systematik Gymnotiformes) waren zu diesem Zweck von Rang und Namen, elektrische Leistungen von erstaunlichen Ausmaßen zu erzeugen. Tatsächlich nach sich ziehen elektrische Fische Volta dazu inspiriert, die ursprüngliche Wissenschaft durchzuführen, die letztendlich zu seiner Batterie führte, und die heutigen Batteriewissenschaftler suchen immer noch nachdem Ideen von diesen elektrisierenden Tieren.

Nachbau dieser elektrischen Orgel des Aals
Vor dieser Batterie von Volta bestand die einzige Möglichkeit z. Hd. Menschen, Strom zu erzeugen, darin, verschiedene Materialien aneinander zu schubben, normalerweise Seide hinauf Glas, und die resultierende statische Saft einzufangen. Dies war weder ein einfacher noch ein praktischer Weg, um nützliche elektrische Kraft zu erzeugen.

Volta wusste, dass elektrische Fische ein inneres Organ hatten, dasjenige speziell dieser Stromproduktion gewidmet war. Er argumentierte, dass er vielleicht verdongeln neuen Weg zur Stromproduktion finden könnte, wenn er seine Funktionsweise nachahmen könnte.

Dies elektrische Organ eines Fisches besteht aus langen Stapeln von Zellen, die einer Münzrolle sehr homolog sehen. In Folge dessen schnitt Volta münzähnliche Scheiben aus Blättern aus verschiedenen Materialien und fing an, sie in verschiedenen Reihenfolgen zu stapeln, um zu sehen, ob er eine Verknüpfung finden könnte, die Strom erzeugen würde. Solche Stapelexperimente führten zu negativen Ergebnissen, solange bis er versuchte, Kupferscheiben mit Zinkscheiben zu paaren, während er die gestapelten Paare mit mit Salzwasser benetzten Papierscheiben trennte.

Solche Folge von Kupfer-Zn-Papier erzeugte zufällig Strom, und die elektrische Leistung war verhältnisgleich zur Höhe des Stapels. Volta dachte, er hätte dasjenige Mysterium entdeckt, wie Aale ihren Strom erzeugen, und dass er tatsächlich eine künstliche Version des elektrischen Organs von Fischen hergestellt hatte, folglich nannte er seine Feststellung zunächst ein „künstliches elektrisches Organ“. Freilich es war nicht so.

Welches Aale wirklich elektrisierend macht
Wissenschaftler wissen jetzt, dass die von Volta entdeckten elektrochemischen Reaktionen zwischen unterschiedlichen Materialien nichts damit zu tun nach sich ziehen, wie ein Zitteraal seinen Strom erzeugt. Vielmehr verwendet dieser Aal verdongeln ähnlichen Konzept wie unsrige Nervenzellen ihre elektrischen Signale erzeugen, jedoch in einem viel größeren Messlatte.

Spezialisierte Zellen im elektrischen Organ des Aals pumpen Ionen durch eine halbdurchlässige Membranbarriere, um verdongeln elektrischen Ladungsunterschied zwischen dieser Innenseite und dieser Äußeres dieser Schwingkörper zu erzeugen. Wenn sich mikroskopisch kleine Tore in dieser Schwingkörper öffnen, erzeugt dieser schnelle Ionenfluss von einer Seite dieser Schwingkörper zur anderen verdongeln elektrischen Strom. Welcher Aal kann nachdem Belieben jedweder seine Membrantore taktgesteuert öffnen, um verdongeln gewaltigen Stromstoß zu erzeugen, den er spezifisch hinauf seine Opfer entfesselt.

Straßenbahn Aale schocken ihre Opfer nicht zu Tode; Sie taub machen es leicht elektrisch, im Vorfeld sie offensiv vorgehen. Ein Aal kann Hunderte von Volt Strom erzeugen (amerikanische Haushaltssteckdosen nach sich ziehen 110 Volt), trotzdem die Tonus des Aals liefert nicht heftige Menstruationsblutung genug Strom (Stromstärke), um zu töten. Jeder elektrische Impuls eines Aals dauert nur ein paar Tausendstel Sekunden und liefert weniger wie 1 Ampere. Dies sind nur 5 % dieser Haushaltsstromstärke.

Dies ähnelt dieser Funktionsweise von Elektrozäunen, die sehr kurze Impulse von Hochspannungsstrom liefern, jedoch mit sehr kleiner Stromstärke. So schocken sie Bären oder andere tierische Eindringlinge, die versuchen, durch sie hindurchzukommen, töten sie trotzdem nicht. Es ähnelt Neben… einer modernen Taser-Elektroschockwaffe, die schnell verdongeln extrem hohen Spannungsimpuls (etwa 50.000 Volt) mit sehr kleiner Stromstärke (nur wenige Milliampere) abgibt.

Moderne Versuche, den Aal nachzuahmen
Wie Volta finden manche moderne Elektrowissenschaftler, die die Batterietechnologie transformieren wollen, ihre Inspiration in Zitteraalen.

Ein Team von Wissenschaftlern aus den USA und dieser Schweiz arbeitet derzeit an einem neuen Batterietyp, dieser von Aalen inspiriert ist. Sie stellen sich vor, dass ihre weiche und flexible Batterie eines Tages nützlich sein könnte, um medizinische Implantate und weiche Roboter intern mit Strom zu versorgen. Freilich dasjenige Team gibt zu, dass sie noch verdongeln langen Weg vor sich nach sich ziehen. „Die elektrischen Organe in Aalen sind unglaublich raffiniert; sie können viel besser Strom erzeugen wie wir“, beklagte Michael Mayer, ein Teammitglied dieser Universität Fribourg. Die Aalforschung geht folglich weiter.

2019 wurde dieser Nobelpreis z. Hd. Chemie an die drei Wissenschaftler verliehen, die die Lithium-Ionen-Batterie entwickelt nach sich ziehen. Für dieser Verleihung des Preises versicherte die Königlich Schwedische Universität dieser Wissenschaften, dass die Arbeit dieser Preisträger „den Grundstein z. Hd. eine drahtlose Verein ohne fossile Brennstoffe gelegt“ habe.

Welcher „drahtlose“ Teil ist ohne wenn und aber wahr, da Lithium-Ionen-Batterien jetzt praktisch jedweder tragbaren drahtlosen Geräte mit Strom versorgen. Wir sollen abwarten, welches die Behauptung einer Verein ohne fossile Brennstoffe angeht, denn die heutigen Lithium-Ionen-Batterien werden mit Strom voll, dieser oft durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird. Die Beiträge dieser Zitteraale wurden nicht erwähnt.

Später im selben Jahr gaben Wissenschaftler dieser Smithsonian Institution jedoch ihre Feststellung einer neuen südamerikanischen Zitteraalart von Rang und Namen. dieser ist insbesondere dieser stärkste bekannte Biostromgenerator hinauf dieser Schutzleiter. Die Forscher zeichneten die elektrische Entladung eines einzelnen Aals zusammen mit 860 Volt hinauf, weit gut dieser dieser früheren Rekordaalart Electrophorus electricus, die zusammen mit 650 Volt und 200-mal höher wie die Spitzenspannung eines einzelnen Lithium-Ions lag Batterie (4,2 Volt).

So wie wir Menschen versuchen, uns zur Größe unserer neuesten tragbaren Energiequelle zu gratulieren, demütigen uns die Zitteraale weiterhin mit ihren.

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