초기 배터리 조립에 대한 기술 연구 및 처리

May 08, 2023

배터리의 발전은 화학 및 재료 과학 분야의 발전과 병행됩니다. 이는 항공우주기술의 지속적인 혁신을 가능하게 하는 휴대용 동력원으로, 항공이 탄생한 이래로 활용되어 왔습니다. 이러한 진화의 한 예는 아래에 보이는 배터리 세트입니다. 이는 박물관의 사무엘 랭글리(Samuel Langley) 실험실 실험의 일부로, 랭글리의 이후 항공 및 과학 실험에 힘을 실어줍니다.

Langley는 1834년부터 1906년까지 살았으며 항공 개척자였습니다. 그는 고무줄로 움직이는 모형과 비행장으로 유명해졌으며 최초의 기능성 비행 기계를 개발하기 위한 경쟁에서 라이트 형제와 경쟁했습니다. Langley는 또한 스미소니언 협회의 제3대 비서를 역임했으며 스미소니언 성 뒤에서 그의 초기 실험용 항공기 일부를 제작했습니다.

사진에 나온 배터리는 약 1.4V 및 12-16A를 제공했는데, 이는 이러한 유형의 배터리 셀의 이전 형태보다 훨씬 향상된 것입니다. 이 특정 배터리는 19세기 말경 매사추세츠 주 보스턴에 있는 Samson Battery Company/Electric Goods Manufacturing Company에서 제조되었습니다. 이와 같은 Sampson 병 배터리는 초인종, 전화기, 초기 전기 조명 및 소형 전자 제품에 전원을 공급하는 데 사용되었습니다. 이는 배터리가 기술 혁명을 겪고 미국 생활에서 더욱 보편화되는 시기를 나타냅니다.

5개의 배터리 셀 시리즈는 뚜껑이 있는 직사각형 아쿠아 블루 유리병으로 구성됩니다. 각 뚜껑 상단에는 중앙 양극 단자가 있고 한쪽에는 음극 단자가 있습니다. 뚜껑에는 탄소-망간 실린더로 둘러싸인 아연 막대가 매달려 있습니다. 각 셀은 다른 셀과 직렬로 연결되어 "배터리"를 형성합니다. 사용 시 각 병에는 염화암모늄(염화암모늄)과 전해질 용액 역할을 하는 물로 채워졌을 것입니다.

이 배터리는 양극 단자를 형성하는 아연 막대에 광범위한 부식이 발생했습니다. 부식의 외부 힘으로 인해 막대가 뚜껑과 만나는 세라믹 절연체 몇 개가 파손되었습니다. 또한 느슨한 아연 부식 생성물이 뚜껑 표면 전체에 퍼졌습니다(위 이미지 참조). 단자와 전선의 구리 및 철 성분도 부식되었습니다.

보존 처리가 이루어지기 전에 다양한 구성 요소에 대한 더 깊은 이해를 얻기 위해 분석 기술이 사용되었습니다.

자외선(UV) 사진은 가시광선에서 감지할 수 없는 표면 특징을 식별하고 재료의 특성을 파악하는 데 사용됩니다.

UV 조명은 두 가지 특히 흥미로운 특징을 보여주었습니다. 뚜껑 상단의 밝은 형광과 유리의 녹색 색상입니다.

아연 부식은 연한 청록색을 띠는 것이 일반적입니다. 유리병의 UV 유도 형광 녹색 색상은 유리 첨가제로 인해 발생했을 가능성이 높습니다. 한 가지 이론은 유리에 우라늄을 사용하면 형광이 발생할 수 있다는 것입니다. 이는 1880년대와 1920년대 사이에 일반적인 유리 생산 방식이었습니다.3 그러나 이 이론은 XRF 분석(아래 섹션 참조)과 가이거 계수기를 사용한 유리 방사선 테스트를 통해 반증되었습니다. 이 으스스한 빛에 대한 또 다른 설명은 유리에 망간을 첨가했다는 것입니다. 이는 생산 중 산화-환원(산화환원) 반응을 거치는 철 불순물로 인해 발생하는 유리의 짙은 녹색을 제거하는 데 도움을 주기 위해 수 세기 동안 사용되어 왔습니다.

이 이론을 확인하기 위해 우리는 배터리 "A"의 여러 구성 요소에 재료 내의 무기 원소를 비파괴적으로 식별하는 데 사용되는 기술인 X선 형광(XRF)을 사용했습니다. 유리병에는 구리와 망간 성분이 발견되었는데, 이는 유리의 아쿠아 블루 색상에 기여할 수 있습니다. 망간의 존재는 UV 사진에서 보이는 녹색 형광과 일치합니다.

또한 FTIR(Fourier-Transform Infrared Spectroscopy)을 사용하여 느슨한 물질 조각을 수집하고 분석했습니다. 이 기술은 재료 흡수의 적외선 스펙트럼을 생성합니다. 우리는 용기 내부와 내부 구성 요소 상단에서 발견된 왁스 물질 샘플을 분석한 결과 파라핀 왁스인 것으로 밝혀졌습니다. 이는 1901년판 "Electric Gas Lighting"2에 실린 보고서와 일치합니다. 파라핀 왁스는 사용 중에 전해질 용액이 흘러나오지 않도록 용기와 뚜껑 상단의 보호층으로 사용되었습니다.