تاریخ الکتروشیمی
ظهور الکتروشیمی به عنوان شاخه ای از شیمی

در سال ۱۸۰۰، شیمی‌دان‌های انگلیسی ویلیام نیکلسون و یوهان ویلهلم ریتر موفق شدند آب را به الکترولیز به هیدروژن و اکسیژن تفکیک کنند. اندکی پس از آن، ریتر فرایند آبکاری الکتریکی را کشف کرد. او همچنین مشاهده کرد که مقدار فلز رسوب شده و میزان اکسیژن تولید شده طی یک فرایند الکترولیتیک به فاصله بین الکترودها بستگی دارد. تا سال ۱۸۰۱، ریتر جریان‌های ترموالکتریک را مشاهده کرده بود، که پیش‌بینی می‌کرد کشف گرماالکتریکی توسط توماس یوهان سیبک باشد.
در سال ۱۸۰۲، ویلیام کرویکشانک اولین باتری الکتریکی با قابلیت تولید انبوه را طراحی کرد. مانند ولتا، Cruickshank صفحه‌های مربعی مس را که در انتهای آنها لحیم کرده بود، همراه با صفحه‌هایی از روی مساوی مرتب کرد. این صفحه‌ها در یک جعبه چوبی مستطیلی بلند قرار داده شده بود که با سیمان مهر و موم شده بود. شیارهای داخل جعبه صفحه‌های فلزی را در موقعیت خود نگه داشت. سپس جعبه را با یک الکترولیت آب نمک پر کرده یا با اسید آبگیری می‌کنند. این طرح غرقاب شده این مزیت را دارد که با استفاده از آن خشک نمی‌شود و انرژی بیشتری نسبت به آرایش ولتا، که از کاغذهای آغشته به آب نمک بین صفحه‌ها استفاده می‌کرد، ارائه می‌داد.
در تلاش برای تولید بهتر فلزهای پلاتین، دو دانشمند، ویلیام هاید ولاستون و اسمیتسون تننت، با هم همکاری کردند تا یک تکنیک الکتروشیمیایی کارآمد را برای تصفیه یا تصفیه پلاتین طراحی کنند. Tennant در نهایت عناصر ایریدیوم و اسمیوم را کشف کرد. تلاش ولستون به نوبه خود او را به کشف فلزهای پالادیوم در سال ۱۸۰۳ و رودیم در ۱۸۰۴ رساند.
ولاستون در باتری گالوانیک (به نام گالوانی) در دهه ۱۸۱۰ پیشرفت‌هایی انجام داد. در باتری ولاستون، جعبه چوبی با یک ظرف سفالی جایگزین شد و یک صفحه مسی به شکل U خم شد و یک صفحه روی روی آن در مرکز مس خم شده قرار گرفت. صفحه روی با تماس با رولپلاک (قطعات) چوب پنبه یا چوب از تماس با مس جلوگیری شد. در طراحی تک سلولی وی، صفحه مس شکل U به دسته ای افقی جوش داده شد تا صفحات مسی و روی را از الکترولیت در مواقعی که از باتری استفاده نمی‌کرد، خارج کند.
در سال ۱۸۰۹، ساموئل توماس فون سومرینگ اولین تلگراف را توسعه داد. او از دستگاهی با ۲۶ سیم (۱ سیم برای هر حرف الفبای آلمانی) استفاده کرد که در محفظه ای از اسید ختم می‌شد. در ایستگاه ارسال، کلیدی که مدار را با باتری تکمیل می‌کرد، در صورت لزوم به هر یک از سیم‌های خط وصل شد. عبور جریان باعث تجزیه شیمیایی اسید شد و پیام با مشاهده اینکه در کدام یک از پایانه‌ها حباب‌های گاز ظاهر می‌شود، خوانده شد. به این ترتیب او توانست پیام‌ها را، یک نامه در یک زمان، ارسال کند.
کار همفری دیوی با الکترولیز به این نتیجه رسید که تولید برق در سلولهای الکترولیتی ساده ناشی از واکنشهای شیمیایی بین الکترولیت و فلزها است و بین موادی با بار مخالف رخ داده‌است. وی استدلال کرد که فعل و انفعالات جریانهای الکتریکی با مواد شیمیایی محتمل‌ترین ابزار تجزیه همه مواد را به عناصر اصلی آنها ارائه می‌دهد. این دیدگاه‌ها در سال ۱۸۰۶ در سخنرانی او در مورد برخی از عوامل شیمیایی برق توضیح داده شد، که برای آن جایزه ناپلئون را از موسسه فرانسه در سال ۱۸۰۷ دریافت کرد (با وجود این واقعیت که انگلستان و فرانسه در آن زمان در جنگ بودند). این کار مستقیماً منجر به جداسازی سدیم و پتاسیم از ترکیب‌های مشترک آنها و فلزهای قلیایی خاکی از ترکیب آنها در سال ۱۸۰۸ شد.
کشف اثر مغناطیسی جریانهای الکتریکی در سال ۱۸۲۰ توسط هانس کریستین اورستد بلافاصله بعنوان یک پیشرفت مهم شناخته شد، اگرچه کار بیشتر در زمینه الکترومغناطیس را به دیگران واگذار کرد. آندره ماری آمپر به سرعت آزمایش اورستد را تکرار کرد و آنها را به صورت ریاضی (که به قانون آمپر تبدیل شد) فرموله کرد. اورستد همچنین دریافت که یک سوزن مغناطیسی توسط جریان الکتریکی منحرف نمی‌شود، بلکه سیم الکتریکی زنده در یک میدان مغناطیسی نیز منحرف می‌شود، بنابراین پایه و اساس ساخت یک موتور الکتریکی را ایجاد می‌کند. کشف اورستست در مورد پیپرین، یکی از اجزای تند فلفل، مانند تهیه آلومینیوم در سال ۱۸۲۵ سهم مهمی در شیمی داشت.
در طول دهه ۱۸۲۰، روبرت هیر Deflagrator را توسعه داد، شکلی از باتری ولتایی با صفحات بزرگ که برای تولید احتراق سریع و قوی استفاده می‌شود. یک شکل اصلاح شده از این دستگاه در سال ۱۸۲۳ در فرار و ذوب کربن استفاده شد. با استفاده از این باتری‌ها اولین استفاده از برق ولتایی برای انفجار زیر آب در سال ۱۸۳۱ انجام شد.
در سال ۱۸۲۱، توماس یوهان سیبک، فیزیکدان استونیایی -آلمانی، زمانی که اختلاف دما بین مفاصل وجود دارد، پتانسیل الکتریکی را در نقاط اتصال دو فلز متفاوت نشان داد. او یک سیم مسی را با سیم بیسموت به هم وصل کرد تا یک حلقه یا مدار ایجاد کند. دو اتصال با اتصال انتهای سیمها به یکدیگر ایجاد شد. سپس به‌طور تصادفی کشف کرد که اگر یک محل اتصال را به دمای بالا گرم کند و محل اتصال دیگر در دمای اتاق باقی بماند، میدان مغناطیسی در اطراف مدار مشاهده می‌شود.
او تشخیص نداد که هنگام اعمال گرما به محل اتصال دو فلز، جریان الکتریکی ایجاد می‌شود. وی برای بیان کشفیات خود از عبارت «جریانهای حرارتی مغناطیسی» یا «حرارتی مغناطیسی» استفاده کرد. در طول دو سال بعد، وی مشاهدات مستمر خود را به آکادمی علوم پروس گزارش داد، جایی که مشاهدات خود را «قطبش مغناطیسی فلزات و سنگ معدن تولید شده توسط اختلاف دما» توصیف کرد. این اثر سیبک مبنای ترموکوپل شد، که امروزه هنوز دقیق‌ترین اندازه‌گیری دما در نظر گرفته می‌شود. اثر معکوس پلتیه بیش از یک دهه بعد مشاهده شد که جریانی در مدار با دو فلز متمایز عبور می‌کرد و در نتیجه اختلاف دما بین فلزات ایجاد می‌شد.
در سال ۱۸۲۷ دانشمند آلمانی جورج اهم قانون خود را در کتاب معروف خود Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (The Galvanic Circuit investigated ریاضی) بیان کرد که در آن نظریه کامل خود را در مورد الکتریسیته ارائه کرد.
در سال ۱۸۲۹ آنتوان سزار بکرل سلول «جریان ثابت» را که پیشگام سلول معروف دانیل بود، توسعه داد. هنگامی که این سلول اسیدی-قلیایی توسط گالوانومتر اندازه‌گیری شد، مشخص شد که جریان برای یک ساعت ثابت است، اولین نمونه از «جریان ثابت». او نتایج مطالعه خود را در مورد ترموالکتریکی در ساخت یک دماسنج الکتریکی به کار برد و دمای محیط داخلی حیوانات، خاک در اعماق مختلف و جو را در ارتفاعات مختلف اندازه‌گیری کرد. او به اعتبار قوانین فارادی کمک کرد و تحقیقات گسترده‌ای را در زمینه آبکاری فلزات با کاربردهای فلزکاری و متالورژی انجام داد. تاریخ فناوری سلول‌های خورشیدی به سال ۱۸۳۹ برمی گردد که بکرل مشاهده کرد تابش نور به الکترود غوطه ور در محلول رسانا باعث ایجاد جریان الکتریکی می‌شود.
مایکل فارادی، در سال ۱۸۳۲، شروع به تلاش خسته کننده ای کرد تا ثابت شود همه الکتریسیته دارای خواص دقیقاً یکسانی بوده و دقیقاً همان اثرات را ایجاد می‌کند. اثر کلیدی تجزیه الکتروشیمیایی بود. برق ولتایی و الکترومغناطیسی هیچ مشکلی ایجاد نکرد، اما الکتریسیته ساکن این مشکل را ایجاد کرد. در حالی که فارادی عمیق‌تر به مشکل پرداخت، او دو کشف شگفت‌انگیز انجام داد. اول، نیروی الکتریکی، همان‌طور که مدتها پیش تصور می‌شد، با فاصله از مولکول‌ها باعث جدا شدن آنها نشد. این عبور الکتریسیته از یک محیط مایع رسانا بود که باعث جدا شدن مولکول‌ها شد، حتی زمانی که الکتریسیته فقط به هوا تخلیه می‌شد و از یک «قطب» یا «مرکز عمل» در یک سلول ولتایی عبور نمی‌کرد. ثانیاً، مشخص شد که میزان تجزیه مستقیماً با میزان عبور برق از محلول مرتبط است.
این یافته‌ها فارادی را به سمت نظریه جدیدی در زمینه الکتروشیمی سوق داد. او استدلال کرد که نیروی الکتریکی مولکولهای محلول را به حالت کشش انداخت. هنگامی که نیرو به اندازه ای قوی بود که بتواند نیروهایی را که مولکول‌ها را در کنار هم نگه داشته بودند را مخدوش کند، به گونه ای که امکان تعامل با ذرات مجاور را فراهم آورد، با مهاجرت ذرات در امتداد خطوط کششی، قسمت‌های مختلف اتم‌ها در جهت مخالف مهاجرت می‌کردند. مقدار الکتریسیته ای که عبور می‌کند، به وضوح با خواص شیمیایی مواد موجود در محلول مرتبط است. این آزمایش‌ها مستقیماً منجر به دو قانون الکتروشیمی فارادی شد که می‌گوید:
مقدار ماده ای که بر روی هر الکترود یک سلول الکترولیتی رسوب کرده‌است، مستقیماً با میزان عبور جریان الکتریکی از سلول متناسب است.
مقادیر عناصر مختلف ذخیره شده توسط مقدار معینی از الکتریسیته به نسبت وزن معادل شیمیایی آنها است.
ویلیام استرجن در سال ۱۸۳۲ یک موتور الکتریکی ساخت و کموتاتور را ابداع کرد، حلقه ای از برس‌های فلزی که به آرماتور چرخان اجازه می‌دهد تماس با جریان الکتریکی را حفظ کند و جریان متناوب را به جریان مستقیم تپنده تبدیل کرد. او همچنین باتری ولتایی را بهبود بخشید و روی نظریه حرارتی الکتریکی کار کرد.
هیپولیت پیکسی، سازنده ساز فرانسوی، اولین دینام را در سال ۱۸۳۲ ساخت و بعداً دیناموی جریان مستقیم را با استفاده از کموتاتور ساخت. این اولین مولد مکانیکی جریان الکتریکی بود که از مفاهیم نشان داده شده توسط فارادی استفاده می‌کرد.
جان دانیل آزمایش‌های خود را در سال ۱۸۳۵ برای بهبود باتری ولتایی با مشکل‌های ناپایداری و منبع ضعیف جریان الکتریکی آغاز کرد. آزمایش‌های وی به زودی به نتایج قابل توجهی منجر شد. در سال ۱۸۳۶، وی سلول اولیه ای را اختراع کرد که در آن هیدروژن در تولید برق حذف می‌شد. دنیل مشکل قطبی شدن را حل کرده بود. در آزمایشگاه خود آموخته بود که روی را با جیوه ترکیب کرده و روی ترکیب کند. نسخه او اولین باتری کلاس دو سیال و اولین باتری بود که در مدت زمان طولانی منبع قابل اطمینان جریان الکتریکی را تولید می‌کرد.
ویلیام گروو اولین پیل سوختی را در سال ۱۸۳۹ تولید کرد. او آزمایش خود را بر اساس این واقعیت انجام داد که ارسال جریان الکتریکی از طریق آب باعث تقسیم آب به قسمتهای تشکیل دهنده آن از هیدروژن و اکسیژن می‌شود؛ بنابراین، گروو عکس العمل را معکوس کرد - هیدروژن و اکسیژن را برای تولید برق و آب ترکیب کرد. سرانجام واژه پیل سوختی در سال ۱۸۸۹ توسط لودویگ موند و چارلز لانگر ابداع شد که سعی کردند اولین دستگاه عملی را با استفاده از هوا و گاز زغال سنگ صنعتی بسازند. او همچنین یک باتری قدرتمند در نشست سالانه انجمن بریتانیا برای پیشرفت علم در سال ۱۸۳۹ معرفی کرد. اولین سلول گروو شامل روی در اسید سولفوریک رقیق شده و پلاتین در اسید نیتریک غلیظ بود که توسط یک گلدان متخلخل جدا شده بود. این سلول توانست حدود ۱۲ آمپر جریان در حدود ۱٫۸ ولت تولید کند. ولتاژ این سلول تقریباً دو برابر سلول اول دانیل بود. سلول اسید نیتریک گروو باتری مورد علاقه تلگراف اولیه آمریکا (۱۸۴۰–۱۸۶۰) بود، زیرا خروجی فعلی قوی را ارائه می‌داد.
با افزایش ترافیک تلگراف، مشخص شد که سلول گروو گاز سمی دی‌اکسید نیتروژن را تخلیه می‌کند.[نیازمند منبع] با پیچیده‌تر شدن تلگراف، نیاز به ولتاژ ثابت بسیار مهم شد و دستگاه گروو محدود شد (با تخلیه سلول، اسید نیتریک تخلیه و ولتاژ کاهش یافت). در زمان جنگ داخلی آمریکا، باتری گروو باتری دانیل جایگزین شده بود. در سال ۱۸۴۱ رابرت بونسن الکترود گران‌قیمت پلاتین مورد استفاده در باتری گروو را با الکترود کربن جایگزین کرد. این منجر به استفاده وسیع از "باتری Bunsen" در تولید قوس روشنایی و آبکاری شد.
ویلهلم وبر در سال ۱۸۴۶ الکترودینومتر را ایجاد کرد که در آن جریان باعث می‌شود که سیم پیچ معلق در سیم پیچ دیگر هنگام عبور جریان از هر دو بچرخد. در سال ۱۸۵۲، وبر واحد مطلق مقاومت الکتریکی (که نام برده شد تعریف اهم پس از جرج اهم). نام وبر در حال حاضر به عنوان نام واحد برای توصیف شار مغناطیسی، وبر استفاده می‌شود.
یوهان هیتورف ، فیزیکدان آلمانی نتیجه گرفت که حرکت یون‌ها باعث ایجاد جریان الکتریکی می‌شود. در سال ۱۸۵۳ هیتورف متوجه شد که برخی از یونها سریعتر از بقیه حرکت می‌کنند. این مشاهده‌ها منجر به مفهوم عدد حمل و نقل شد، سرعتی که یون‌های خاصی جریان الکتریکی را منتقل می‌کردند. هیتورف تغییرهای غلظت محلول‌های الکترولیز شده را از این تعداد حمل و نقل (ظرفیت حمل نسبی) بسیاری از یونها محاسبه کرد و در سال ۱۸۶۹ یافته‌های خود را در مورد انتقال یونها منتشر کرد.
در سال ۱۸۶۶، ژرژ لکلانش یک سیستم باتری جدید را ثبت کرد، که بلافاصله موفق شد. سلول اصلی لکلانش در یک گلدان متخلخل مونتاژ شد. الکترود مثبت (کاتد) شامل دی‌اکسید منگنز خرد شده با کمی کربن مخلوط شده بود. قطب منفی (آند) میله روی بود. کاتد در گلدان بسته شد و یک میله کربن وارد شد تا به عنوان جمع‌کننده جریان عمل کند. سپس آند و گلدان در محلول کلرید آمونیوم غوطه ور شدند. مایع به عنوان الکترولیت عمل می‌کند و به راحتی از دیگ متخلخل نفوذ کرده و با مواد کاتد تماس می‌گیرد. سلول «مرطوب» لکلانشه پیشگام اولین باتری پرکاربرد جهان، سلول روی-کربن شد.