Дебатът около т.нар. Багдадска батерия — набор от артефакти (глинен съд, меден цилиндър и железен прът), открити в Ирак и датирани от партианския или сасанидския период — навлиза в нова фаза. Дълго време скептиците твърдяха, че устройството произвежда твърде ниско напрежение (около 0,5 V), за да бъде полезно за каквото и да е.

Дълго време в академичните среди и сред популяризаторите на науката имаше спорове за предназначението на така наречената „багдадска батерия“. Този артефакт, датиращ от I в. от н.е., е открит през 1939 г. от германския археолог Вилхелм Кьониг на територията на древното партско селище Худжут Рабу, недалеч от Багдад. Външният вид и вътрешната структура на находката не оставят съмнение за нейното утилитарно, техническо предназначение, но точният принцип на нейното действие и досега остава неясен.

Устройството се състои от няколко елемента. За основа служи малка кана, изработена от неглазирана пореста глина. Вътре в нея се намира цилиндър, навит от тънка медна ламарина. Краищата на този лист, както и кръглото медно дъно, са здраво запоени със сплав от олово и калай. Във вътрешността на медния цилиндър е поставен железен прът. Пръчката се държи на място и се изолира от контакт с медта чрез дебела тапа от битум (асфалт), която покрива гърлото на устройството.

След откриването на артефакта изследователите многократно се опитват да докажат, че разполагат с първия в човешката история галваничен елемент. Учените (включително Пол Кайзер през 1993 г.) и инженерите популяризатори провеждат експерименти, като наливат в медния цилиндър различни електролити, достъпни в древността: оцет, солена вода, лимонов сок или вино. В резултат на това между железния прът и медната тръба възникнала разлика в потенциалите. Желязото действало като анод, а медта като катод.

Резултатите от тези тестове обаче неизменно са разочароващи. Напрежението на тази система е само около 0,4 волта. Тази мощност е напълно недостатъчна за извършване на каквато и да е полезна работа. Древните бижутери не биха могли да използват този заряд нито за покриване на един метал с друг (галванотехника), нито за гравиране на фигури. Най-многото, което е можела да направи тази енергия, е да предизвика слабо усещане за изтръпване на кожата. Поради тази причина скептиците стигат до заключението, че устройството не е източник на ток, а е служило например като запечатан калъф за съхранение на папирусови свитъци.

Независимите изследвания на Александър Базес напълно опровергават заключенията на предишните експерименти. Авторът доказва, че инженерите от миналото са създали не просто един примитивен източник на ток, а сложна система от два галванични елемента, свързани в последователна електрическа верига. Грешката на предишните реконструкции се е състояла в това, че изследователите са пренебрегнали функциите на глинената кана и калаената спойка.

Анализът на конструкцията показва нелогичността на използването на тези материали, ако се смята, че Багдадската батерия е обикновен съд за киселина. Неглазираната глина пропуска водата. Ако електролитът се излее във вътрешността на стомната, стените ѝ ще се намокрят и ще започнат да пропускат ток, което ще доведе до загуба на енергия. Освен това използването на оловно-цинкова спойка върху меден цилиндър, потопен в киселинна среда, неизбежно води до бърза галванична корозия. Металът се разрушава и съдът губи своята херметичност. В класическите батерии винаги се опитват да използват чисти метали без излишни примеси и следи.

Разковничето се оказа скрито в подобните археологически находки, направени в Тел Умар и Ктезифон. Там археолозите откриват подобни порести буркани със запечатани бронзови (съдържащи олово) цилиндри вътре, но железните пръти вътре напълно отсъстват. Базес предполага, че основният източник на електричество в партските устройства не е бил вътре в медния цилиндър, а отвън.

Ако напълните пореста глинена кана с алкален разтвор и пуснете в нея мед със следи от калаен припой, се задейства съвсем различен електрохимичен процес. В древността най-достъпният източник на силна алкална основа е била обикновената луга (разтвор на калиев хидроксид), която се е произвеждала масово чрез накисване на дървесна пепел във вода.

В средата на калиевия хидроксид глинената кана започва да работи като сепаратор на метално-въздушна батерия. Порестата структура на глината задържа течния електролит вътре, но позволява на кислорода от околния въздух да преминава през стените. В тази система калаят, съдържащ се в спойката върху повърхността на медния цилиндър, действа като анод (отрицателен контакт). Кислородът от атмосферата служи като катод (положителен контакт). Създава се водно-калаено-въздушна батерия.

За да потвърди тази хипотеза, Базес провежда серия от строги тестове. Първо, той поставил чиста медна пръчка в кана с луга. Волтметърът отчел напрежение от 0,43 волта. След това изследователят нанесъл само една капка стандартна оловно-цинкова спойка в края на медната пръчка и я потопил обратно в разтвора. Напрежението мигновено скочило до над 1 волт. Допълнителните тестове с чист калай дават резултат от 1,04 волта, а с чисто олово – 0,7 волта. Тези измервания доказват, че спойката от външната страна на цилиндъра на багетите не е строителен материал, а ключов химически реагент.

Интересно е да се отбележи, че съвременната наука едва наскоро обърна внимание на потенциала на системите, използващи калай и алкали. През 2023 г. учени в областта на материалознанието публикуват изследване на водни батерии калай-въздух, доказвайки тяхната доста висока енергийна плътност, многократно по-висока от съвременните стандартни батерии. Преди две хиляди години партските майстори са осъзнали емпирично същия принцип.

Когато всички компоненти на багдадската батерия се съберат заедно, устройството започва да функционира като единна електрическа верига.

Първата верига, или „вътрешната клетка“, е разположена в медния цилиндър. Железният прът е потопен в кисел електролит (например лимонов сок). При тази реакция желязото отдава електрони, а медта ги приема. Медният цилиндър се превръща в положителен полюс, а напрежението е около 0,35 волта.

Втората верига, или „външната клетка“, се намира в глинената кана. Калаената спойка от външната страна на медния цилиндър реагира с алкалните вещества и кислорода. При този процес калаят отдава електрони, действайки като отрицателен полюс с напрежение от 1,1 волта.

Тъй като двата процеса протичат едновременно от противоположните страни на една и съща медна стена, двете батерии се оказват свързани последователно. Вътрешната слаба верига действа като усилвател за по-силната външна верига. Когато се измерва общото напрежение между железния прът и външната страна на буркана, уредите регистрират стабилно показание от над 1,4 волта.

Това напрежение вече е достатъчно за реална електрохимична работа. В рамките на изследването Базес свързва медна плоча към пресъздадената батерия и я пуска във вана със солена вода, като я поставя до контролната плоча, която не е свързана с източника на ток. Почти веднага наелектризираната пластина започнала процес на електролиза на водата – на повърхността на метала започнали да се образуват мехурчета от газообразен водород и кислород. След като плочите били оставени в соления разтвор за една нощ, потопената част от плочата, свързана с батерията, претърпяла силно галванично ецване. Контролната проба остана непроменена.

Резултатите от експерименталната симулация разсейват всякакви съмнения относно работата на артефакта. Само с основни материали, с които са разполагали – глина, мед, желязо, спойка, битум и пепел и плодов сок като химически реагенти – занаятчиите от Близкия изток са създали надежден източник на постоянен ток. Батериите, произвеждащи 1,4 волта, можели да се използват за посребряване на медни предмети, създаване на сложни гравирани шарки върху бижута и пречистване на металите от примеси. Това изследване предоставя най-убедителните физически доказателства, че практическата електрохимия е била успешно прилагана в древния свят деветнадесет века преди официалните експерименти на Алесандро Волта.

Всичко важно от света на технологиите, директно в пощата ти.

С абонирането приемате нашите Условия и Политика за поверителност. Може да се отпишете с един клик по всяко време.