Техническое исследование и обработка ранней сборки батареи

Эволюция аккумуляторов идет параллельно с нашими достижениями в области химии и материаловедения. Они служили портативным источником энергии, позволяющим постоянно внедрять инновации в аэрокосмической технике, и использовались с момента зарождения авиации. Одним из примеров этой эволюции является набор батарей, показанный ниже. Это часть лабораторных экспериментов Сэмюэля Лэнгли в Музее, обеспечивающая энергию для более поздних авиационных и научных экспериментов Лэнгли.

Лэнгли жил с 1834 по 1906 год и был пионером авиации. Он стал известен своими моделями и аэродромами с резиновым приводом и соревновался с братьями Райт в гонке за разработку первого функционального летательного аппарата. Лэнгли также был третьим секретарем Смитсоновского института и построил несколько своих первых экспериментальных самолетов за Смитсоновским замком.

Изображенные на фото батареи обеспечивали напряжение около 1,4 В и силу тока 12–16 ампер, что значительно лучше, чем у более ранних форм аккумуляторных элементов этого типа. Эти конкретные батареи были произведены компанией Samson Battery Company/Electric Goods Manufacturing Company в Бостоне, штат Массачусетс, примерно в конце 19 века. Батареи Sampson, подобные этим, использовались для питания дверных звонков, телефонов, раннего электрического освещения и мелкой электроники. Они представляют собой период, когда батареи переживали техническую революцию и становились все более распространенными в жизни американцев.

Серия из пяти аккумуляторных элементов состоит из прямоугольных стеклянных баночек цвета голубого цвета с крышками. В верхней части каждой крышки находится центральная положительная клемма и отрицательная клемма, расположенная сбоку. С крышек свисают цинковые стержни, окруженные углеродно-марганцевыми цилиндрами. Каждая ячейка должна была быть подключена к другой последовательно, образуя таким образом «батарею». Во время использования каждая банка была заполнена нашатырным спиртом (хлоридом аммония) и водой, которая выступала в качестве раствора электролита.

Эти батареи пострадали от обширной коррозии цинкового стержня, образующего положительную клемму. Внешняя сила коррозии разрушила несколько керамических изоляторов в месте соединения стержня с крышкой. Кроме того, свободный продукт коррозии цинка распространился по поверхности крышек (как видно на изображении выше). Медные и железные компоненты клемм и проводов также подверглись коррозии.

Аналитические методы использовались для более глубокого понимания различных компонентов до проведения консервационной обработки.

Ультрафиолетовая (УФ) фотография используется для выявления особенностей поверхности, не обнаруживаемых в видимом свете, и для определения характеристик материалов.

Ультрафиолетовый свет показал две особенно интересные особенности: яркую флуоресценцию на верхней части крышки и зеленый оттенок стекла.

Для коррозии цинка характерно свечение сине-зеленого цвета. Флуоресцентный зеленый оттенок стеклянной банки, вызванный УФ-излучением, вероятно, был вызван добавкой в ​​стекло. Одна из теорий состоит в том, что флуоресценция могла быть вызвана использованием урана в стекле. Это была обычная практика производства стекла в период с 1880-х по 1920-е годы.3 Однако эта теория была опровергнута как рентгеновским анализом (см. раздел ниже), так и тестированием стекла на радиацию с помощью счетчика Гейгера. Другое объяснение этого жуткого свечения — добавление в стекло марганца. Это практиковалось на протяжении веков, чтобы помочь удалить темно-зеленый цвет стекла, вызванный примесями железа, подвергающимися окислительно-восстановительной (окислительно-восстановительной) реакции во время производства.

Чтобы подтвердить эту теорию, мы использовали рентгеновскую флуоресценцию (XRF) — метод, используемый для неразрушающей идентификации неорганических элементов внутри материала — на нескольких компонентах батареи «А». В стеклянной банке присутствовали элементы меди и марганца, которые могут придавать стеклу бирюзовый цвет. Присутствие марганца соответствует зеленой флуоресценции, видимой на УФ-фотографиях.

Мы также собрали и проанализировали отдельные фрагменты материала с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). Этот метод создает инфракрасный спектр поглощения материала. Мы проанализировали образец воскового материала, обнаруженного внутри банки и на верхней части внутренних компонентов, и обнаружили, что это парафин. Это согласуется с отчетом, найденным в издании «Электрическое газовое освещение» 1901 года.2 Парафин использовался в качестве защитного слоя на верхней части банки и крышки для отталкивания любого раствора электролита, который мог пролиться во время использования.