Esmakordselt kasutas elektrotehnikas mõistet "patarei" Benjamin Franklin, kirjeldades nõnda mitut omavahel ühendatud Leideni purki. Mõiste laenas ta sõjandusest, kus selle abil kirjeldati sarnastest relvadest koosnevat gruppi. Leideni purki kasutas Benjamin Franklin ka oma kuulsas tuulelohekatses, mida nimetati välgu pudelisse püüdmiseks.

Leideni purgi avastamine Musschenbroeki laboratooriumis. Joonis: A. P. Deschaneli 1876. a raamatust Elementary Treatise on Natural Philosophy, avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27702548
Leideni purgi avastamine Musschenbroeki laboratooriumis. Joonis: A. P. Deschaneli 1876. a raamatust "Elementary Treatise on Natural Philosophy", avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27702548

Leideni purk on seade, mis "salvestab" staatilist elektrit kahe elektroodi vahel, millest üks on klaaspurgi sees ja teine väljaspool purki. See oli algeline kondensaator. 

Leideni purgi leiutasid teineteisest sõltumatult saksa vaimulik Ewald Georg von Kleist 11. oktoobril 1745 ja hollandi teadlane Pieter van Musschenbroek Leidenist 1745–1746. Leiutis sai nime Leideni linna järgi. 

Musschenbroeki laboratooriumis toimus Leideni purgi katse järgmiselt. Pöörlevat klaaskera kasutava elektrostaatilise generaatori abil saadud staatilise elektri juhtis kett läbi rippuva varva vette klaasanumas, mida hoidis käes assistent Andreas Cuneus. Suur laeng kogunes vette ja vastupidine laeng Cuneuse kätte, mis oli vastu klaasi. Kui ta katsus vette kastetud traati, sai ta tugeva löögi. 

Leideni purgi abil tehti palju varajasi elektrialaseid katseid ning selle avastamine oli elektri uurimisel põhjapaneva tähtsusega. Varem pidid elektri uurijad elektrilaengusäilitamiseks kasutama suurte mõõtmetega elektrijuhte. Leideni purk oli palju kompaktsem.

Volta sammas. Autor: GuidoB / CC BY-SA 3.0 et.wikipedia.org/wiki/Volta_sammas
Volta sammas. Autor: GuidoB / CC BY-SA 3.0 et.wikipedia.org/wiki/Volta_sammas

Esimese elektrokeemilise vooluallika, Volta samba leiutas ja valmistas 1800. aastal itaalia füüsik Alessandro Volta. Aastal 1799 asetas Volta happega purki vask- ja tsinkplaadi, mis olid omavahel traadiga ühendatud. Seejuures hakkas tsinkplaat vähehaaval lahustuma ja vaskplaadil eraldusid gaasimullid. Volta eeldas ja ka näitas, et traati (kui elektrijuhet) läbib elektrivool, mille kutsub esile plaatidevaheline pinge. See oli esimene galvaanielement – Volta element. 

Tõuke niisuguse elemendi valmistamiseks andis Voltale Itaalia arsti ja füüsiku Luigi Galvani uuringud nn loomse elektri alal. Galvani sai tuntuks, kuna 1780. aastal avastas ta, et surnud konna jalad tõmbuvad elektri toimel kokku. See oli üks esimestest uurimustest elusorganismide närvisüsteemi elektrofüsioloogiast. Kirjeldamaks jõudu, mis katses lihased aktiveeris, võttis Galvani kasutusele termini "loomne elekter". 

Luigi Galvani labor. Joonis: Dr. Manuel, de.wikipedia, avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2809107
Luigi Galvani labor. Joonis: Dr. Manuel, de.wikipedia, avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2809107

Siis valmistas Volta elemendid vask- ja tsinkketastest, mille vahel oli soolveega immutatud riidest poorne kiht. Suurema pinge saamiseks moodustas Volta hulgast üksteisele asetatud elementidest sambakujulise patarei. Niisugune poole meetri kõrgune sammas oli võimeline andma juba inimese poolt tuntava elektrilöögi. Sammas suutis toota mõõdetavat voolu märkimisväärset aega.

Algselt olid patareid kasulikud teaduseksperimentide läbiviimiseks, kuid nad ei suutnud toota piisavalt püsivat ning tugevat voolu muude rakenduste tarbeks. 

Akude ja patareide ajalugu

1836. aastal leiutas briti keemik ja meteoroloog John Frederic Daniell esimese praktilist rakendust võimaldava vooluallika, Danielli elemendi, millest koostatud patareid võeti kasutusele telegraafivõrgus. Niisugused vedelat elektrolüüti sisaldavad patareid olid lekkeohtlikud ja mõeldud üksnes kohapealseks kasutamiseks. Tänapäeval neid enam ei kasutata. 

Leclanché element. Joonis pärit raamatust William Edward Ayrton Practical Electricity, London, Cassell, 1891, lk 221, avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15161315
Leclanché element. Joonis pärit raamatust William Edward Ayrton "Practical Electricity, London, Cassell", 1891, lk 221, avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15161315

Kaasaskantavad vooluallikad said alguse kuivelementide leiutamisega 19. sajandi lõpul. Leclanché element on prantsuse keemiku Georges Leclanché valmistatud galvaanielement (primaarelement), mille ta patenteeris 1866. aastal. Esialgu oli see vedela elektrolüüdiga, kuid juba 1876. aastal valmistas ta ka nn kuivelemendi. 

Leclanché elemendi edasiarendustena valmistatud tsinksüsielemendid ja neist koostatud patareid (nt kolmest elemendist koosnev taskulambipatarei) olid eelmisel sajandil akude kõrval peamised autonoomse (võrguvaba) toite allikad.

Autoaku. Foto autor: Shaddack, Vikipeedia, avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=401224
Autoaku. Foto autor: Shaddack, Vikipeedia, avalik omand, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=401224

Pliiaku leiutas 1859. aastal füüsik Gaston Planté. Pliiaku on kõige vanemat tüüpi elektriaku. Tänapäeval on pliiakud laialt kasutusel mitmes valdkonnas. Nende valik on suur ning tootmistehnoloogia hästi välja töötatud, nad on teistest akudest odavamad, ohutumad ja töökindlamad. Pliiakude miinuseks on nende suur kaal ja mõõtmed, ka on nende töökindlus madalatel temperatuuridel halb.

Leelisaku leiutas 1901. aastal rootsi insener Ernst Waldemar Jungner. Selle aku plusselektrood on nikliühendeist ja miinuselektrood kaadmiumist, elektrolüüdiks kaaliumhüdroksiidi lahus. 1903. aastal Thomas Alva Edison asendas kaadmiumist elektroodi rauaga ja patenteeris raudnikkelaku (FeNi). Raudnikkelakud on laiatarbest kadunud nende madalate energeetiliste näitajate tõttu. 

Leelisakud. Foto autor: Boffy b, Vikipeedia. CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=58403
Leelisakud. Foto autor: Boffy b, Vikipeedia. CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=58403

Liitiumakud leiutati Bell Labsis ja patenditi 1981. aastal (USA patent US4304825). Järgnevad fundamentaaluuringud teadlaste grupi poolt (tol ajal Oxfordi Ülikoolis, nüüd Texase Ülikoolis Austinis) päädisid esimese töötava liitiumioonaku tootmisega ettevõttes Sony aastal 1991.

Liitiumaku. J. Ash Bowie, Vikipeedia CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4428964
Liitiumaku. J. Ash Bowie, Vikipeedia CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4428964

Allikad

  1. Vikipeedia "Patarei
  2. Vikipeedia "Primaarelement"
  3. Vikipeedia "Daniel cell"
  4. Vikipeedia "Volta sammas
  5. Vikipeedia "Luigi Galvani"
  6. Vikipeedia "Leideni purk"
  7. Vikipeedia "Leclanché element"