从关于燃料电池的一个陈年老瓜说起

如果考证燃料电池的起源,很多资料上可能这样一笔带过。“1800年3月,意大利物理学家亚历山大·伏特(Alessandro Volta)发明伏特堆,数周后英国化学家威廉·尼科尔森(William Nicolson)和安东尼·卡莱尔(AnthonyCarlisle)发现水可以电解产生氢气和氧气。“

 

以上的确真实的历史事件,多方印证,毋庸置疑。但仅仅这样的话,情节似乎尬了一点。

 

所以如果我再告诉你下面两条信息:

·        1800年7月,尼科尔森和卡莱尔于《哲学、化学与艺术杂志》(TheJournal of Natural Philosophy, Chemistry & the Arts)发表联名论文,宣称利用伏特堆成功地发现了水电解现象。

·        1800年9月,伏特寄给时任英国皇家学会的约瑟夫·班克斯(JosephBanks)爵士的信件在该学会通讯《自然科学会报》(Philosophical Transactions ofthe Royal Society)发表,信中描述了一种可以产生“永久电流”的装置。

是不是感觉到有什么不对?7月发表的文章,居然引用了9月的文章。就算9月伏特的论文一发表,马上看到,灵感瞬现,手稿立成,光速投稿,《哲学、化学与艺术杂志》的编辑也只花了-2个月就完成了审稿。有过专业杂志投稿经验的读者,恐怕都会惊叹于19世纪英国学界的审稿效率,令人叹为观止,感动到哭。

 

那他们究竟是如何完成这股逆天操作的?

原来,早在当年3月20日,伏特(当时他也是学会会员)就将信寄给了班克斯。

 

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伏特在给班克斯的信中描述和说明他的电

图片来源:awesomestories


班克斯可能很多人不认识,但是说起他的朋友库克船长那是大名鼎鼎。1770年4月,班克斯就曾作为同船的植物学家,与库克船长一同完成了首次登陆澳洲东岸的壮举。

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左2为班克斯,中间持帽子者为库克船长

图片来源:wikipedia

 

班克斯身为一名博物学家兼富二代,向来热衷于各类科学探索,一看伏特的信不禁排案叫绝,“好腻害!”,如果不算1663年普鲁士物理学家居里克发明的摩擦静电发电机,这可能是人类历史上首次可能有实用意义的“人工造电”。这么一激动,忘了自己的保密义务,@了一众好友来到他家来共赏奇文。

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 苏豪广场32号 相隔两百年的变化

图片来源:carnotcycle.wordpress.com /谷歌地图

一位新近搬到苏豪广场12号的新邻居,前文提到的安东尼·卡莱尔,也在受邀的人群中。虽然卡莱尔本质工作其实是一名外科医生,但这并不影响他对信件内容非凡意义的领悟。而且他知道,他的朋友,化学家威廉·尼科尔森一定对这个结果会有更深的见解。果然尼科尔森读到信件大喜,与卡莱尔一拍即合,并在1800年4月30日,在卡莱尔家中完成出了一个他们的第一个“由17个半冠、相同数量的锌片以及泡过盐水纸板”(来自卡莱尔手记)制成的伏特堆。

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印有乔治三世头像的半冠银币,1.3英寸

图片来源:carnotcycle.wordpress.com

有了这套神器,两人一鼓作气,连下数城。5月1日,为了辅助导电,卡莱尔在金属丝和圆盘接触位置滴了一滴河水,却发现了细微氢气的痕迹(这个还是比较神奇的,我们知道氢气是无色无味的气体)。5月2日,为了验证这个发现,一滴河水被放大成电路中的一整管河水,非但如预期看到连到锌盘上的金属丝冒出汩汩气泡,还发现连接银盘的金属丝好像氧化变黑了;而电极被直换为抗氧化的铂丝后,银盘那极不再发黑而是冒出一股较之锌盘一极较少的气体,恰好符合H2O中氢多氧少的比例。两人兴奋地意识到,可能人类发现了可以人工从水中分解处氢气和氧气的方法。很快,成果顺利发表在7月的《哲学、化学与艺术杂志》,引起欧洲各界的振动,二人声名鹊起,风头一时无两。(即便如此,这样审稿效率还是令人羡慕,除非你知道,这个杂志本来就是尼科尔森一手创办的)

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卡莱尔(左)和尼科尔森发现电解水现象
图片来源:carnotcycle.wordpress.com

 

而这个陈年老瓜里的“悲剧”人物伏特,直到两个月后才得以在《自然科学会报》发表自己的研究,又因为尼科尔森也大大方方在标题(“Accountof the new Electrical or Galvanic Apparatus of Sig. ALEX. VOLTA, andExperiments performed with the same ”)中署上了伏特(VOLTA)的名字,而自己也的确没有进一步发现电解现场,只好算吃了哑巴亏。那么,伏特是如何在发明了“伏特堆”之后,却又和基于此的重大发现“水电解”失之交臂的呢?(按下图,如果两根导线放在一起就能看到电解现象,可惜他只是把手放在两盆水里,然后感受被电打一下

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伏特的设计原图

图片来源:history-computer.com

 

这还要从他和他的朋友路易吉·伽伐尼(LuigiGalvani)的一场争辩说起。

 

1786年,解剖学教授伽伐尼在他的青蛙腿反应实验室中,偶然发现,即使没有闪电的情况下,青蛙腿也能跳动。(通常,青蛙腿被通过黄铜钩子钩在铁栅栏上,神经与钩子接触,而肌肉于铁栅栏接触,以此让电流通过)他马上想到,也许肌肉内部存在着电能。

 

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图片来源:awesomestories.com

 

而他的好友伏特却不以为然,即使在10月30日伽伐尼把自己的研究结果出版并寄送副本给他以后。对伏特来说,基于他虔诚的基督教信仰,闪电一直是神的能力,动物怎么可能产生电呢?他相信一定是和青蛙腿接触的金属内蕴藏了电能,而要证明这个观点,就需要制作一个没有生物体加入的发电装置。于是,就有了被后世奉为电池鼻祖的“伏特堆“。基于这样的动机,也就不难理解为什么伏特在信中用冗长的篇幅描写了设计的构造和被电机的生理学反应了。

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“伏特堆”原件,现藏于意大利伏特博物馆

图片来源:维基百科

 

尽管在这场争辩中小胜一招,可伏特却失去了最重要的对手。因为拒绝向拿破仑强行在现意大利北部建立的阿尔卑斯山南共和国效忠,伽伐尼失去了博洛尼亚大学的教职,1798年已经在老家郁郁而终。(无敌,是多么寂寞~)而伏特非但没有受累于这位科西嘉来的少年将军,还在1801年11月受邀巴黎法兰西学术院内向拿破仑展示他的发明,后来还因此授勋伯爵封号。

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伏特给拿破仑展示“伏打堆”

图片来源:Vox.com


为了纪念这个铁骨铮铮不食周栗的老朋友,伏特将这种由电化学作用产生的电流叫做“伽伐尼电流“,正如尼科尔森在论文题目中引用的那样——”Galvanic“。

 

虽然此时伽伐尼已经不可能再为自己的理论做任何辩驳,但是后人却在他的理论上建立起了现代电生理学,间接证明了其理论的价值。他的侄子乔瓦尼·阿尔迪尼(GigvanniAldini)博士,更是秀出天际,在1803年1月18日的伦敦,通过电流刺激,使得一具死刑犯的尸体重新活动起来,据称有人当场被吓死。(可能来自阴谋论者的说话,给该犯人定罪的证据其实不充分,阿尔迪尼为了抢到新鲜完整的尸体,买通法官做出死刑判决。所以该犯人其实有可能是被冤枉的,不过至少,作为代偿,他作为19世纪英国最著名的尸体给后世留下了他的名字——“George Foster“)

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电影《弗兰肯斯坦中》

复活人造生物实验正在进行

 

这个实验给他一个朋友的5岁小女儿玛丽·戈德温(Marry Godwin)巨大的心理冲击,刺激她在15年后创作出了也给很多读者童年留下噩梦的旷世名篇《弗兰肯斯坦》。不过这个时候,她已经改名为玛丽·雪莱(Marry Shelly),因为她已经嫁给我们熟悉的诗人雪莱。(看看人家这个朋友圈,再看看你自己的,就知道什么是“圈层效应“了)

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图片来源:allthatsinteresting.com

 

哎呀,本来想好只是要给燃料电池技术铺垫下历史背景的,一不小心变成18~19世纪欧洲上流社会恩仇录了。好在一会儿审稿的老板是日本人,只要图片没有少儿不宜,写得信马由缰一点他也不知道我又在皮了。

如果冲着燃料电池技术来电读者,其实还是我们还是有一点存货的。

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