Estudio técnico y tratamiento de un conjunto de baterías temprano.

La evolución de las baterías es paralela a nuestros avances tanto en química como en ciencia de materiales. Han servido como fuente de energía portátil permitiendo innovaciones continuas en la tecnología aeroespacial y se han utilizado desde los orígenes de la aviación. Un ejemplo de esta evolución es el conjunto de baterías que se ve a continuación. Estos son parte de los experimentos del laboratorio Samuel Langley del Museo, que proporcionaron energía a los experimentos científicos y de aviación posteriores de Langley.

Langley vivió entre 1834 y 1906 y fue un pionero de la aviación. Se hizo conocido por sus modelos y aeródromos propulsados ​​por bandas elásticas y compitió contra los hermanos Wright en la carrera para desarrollar la primera máquina voladora funcional. Langley también se desempeñó como tercer secretario de la Institución Smithsonian y construyó algunos de sus primeros aviones experimentales detrás del Castillo Smithsonian.

Las baterías que se muestran en la imagen proporcionaban alrededor de 1,4 voltios y 12-16 amperios, lo que es mucho mejor que las formas anteriores de este tipo de celda de batería. Estas baterías en particular fueron fabricadas por Samson Battery Company/Electric Goods Manufacturing Company en Boston, Massachusetts, a finales del siglo XIX. Las baterías de tarro Sampson, como éstas, se utilizaban para alimentar timbres, teléfonos, iluminación eléctrica y pequeños aparatos electrónicos. Representan un período en el que las baterías estaban atravesando una revolución técnica y se estaban volviendo más comunes en la vida de los estadounidenses.

La serie de cinco celdas de batería se compone de frascos rectangulares de vidrio azul agua con tapa. En la parte superior de cada tapa hay un terminal positivo central y un terminal negativo a un lado. De las tapas cuelgan varillas de zinc rodeadas de cilindros de carbono y manganeso. Cada celda habría sido conectada a la otra en serie, formando así una “batería”. Cuando estaba en uso, cada frasco se habría llenado con sal amoniacal (cloruro de amonio) y agua que actuaría como solución electrolítica.

Estas baterías sufrieron una gran corrosión en la varilla de zinc que forma el terminal positivo. La fuerza externa de la corrosión rompió varios de los aisladores cerámicos donde la varilla se une con la tapa. Además, el producto de corrosión del zinc suelto se había extendido por la superficie de las tapas (como se ve en la imagen de arriba). Los componentes de cobre y ferrosos de los terminales y cables también habían desarrollado corrosión.

Se utilizaron técnicas analíticas para obtener una comprensión más profunda de los diversos componentes antes de que se llevaran a cabo los tratamientos de conservación.

La fotografía ultravioleta (UV) se utiliza para ayudar a identificar características de la superficie que no son detectables bajo luz visible y para caracterizar materiales.

La luz ultravioleta mostró dos características particularmente interesantes: una fluorescencia brillante en la parte superior de la tapa y el tono verde del vidrio.

Es típico que la corrosión del zinc emita una fluorescencia de color azul verdoso claro. El tono verde fluorescente inducido por los rayos UV del frasco de vidrio probablemente fue causado por un aditivo del vidrio. Una teoría es que la fluorescencia podría deberse al uso de uranio en el vidrio. Esta era una práctica común de producción de vidrio entre las décadas de 1880 y 1920.3 Sin embargo, esta teoría fue refutada tanto por el análisis XRF (ver la sección a continuación) como por las pruebas de radiación del vidrio con un contador Geiger. Otra explicación para este misterioso brillo es la adición de manganeso al vidrio. Esta ha sido una práctica durante siglos para ayudar a eliminar el color verde oscuro del vidrio causado por las impurezas de hierro que sufren una reacción de oxidación-reducción (redox) durante la producción.

Para confirmar esta teoría, utilizamos fluorescencia de rayos X (XRF), una técnica utilizada para identificar de forma no destructiva elementos inorgánicos dentro de un material, en varios componentes de la batería "A". El frasco de vidrio mostraba elementos de cobre y manganeso, que pueden contribuir al color azul agua del vidrio. La presencia de manganeso es consistente con la fluorescencia verde que se observa en las fotografías ultravioleta.

También recolectamos y analizamos piezas sueltas de material mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Esta técnica crea un espectro infrarrojo de absorción del material. Analizamos una muestra de material ceroso encontrado dentro del frasco y en la parte superior de los componentes internos y descubrimos que era cera de parafina. Esto concuerda con un informe que se encuentra en la edición de 1901 de “Electric Gas Lighting”. 2 La cera de parafina se usó como capa protectora en la parte superior del frasco y la tapa para repeler cualquier solución de electrolito que pudiera haberse derramado durante el uso.

También realizamos un análisis de una curiosa adición textil que se encontró enrollada alrededor de los cables de cobre entre cada celda y determinamos que era seda. Si bien la seda puede parecer una elección extraña como material aislante para cables de cobre, el científico inglés del siglo XIX Michael Faraday fue un defensor de este método con sus experimentos con galvanómetros.1 La elasticidad de la seda le permitía moverse con el cable cuando se dobló sin exponer el metal desnudo subyacente. Este tipo de envoltura textil es una versión temprana de las cubiertas de alambre de plástico que utilizamos hoy en día.

El objetivo del tratamiento era retener y preservar cualquier información histórica y todos los materiales originales dentro de las baterías. Esto se equilibró con la necesidad de proteger y estabilizar las áreas de deterioro. Los tratamientos de las baterías pueden resultar difíciles ya que el vicio inherente de los materiales puede dificultar la conservación de ciertos componentes sin comprometer otros.

El primer paso del tratamiento incluyó retirar cuidadosamente todo el producto de corrosión del zinc suelto de las tapas. Esto se completó con cepillos suaves y una ligera succión al vacío. El exterior de los frascos de vidrio se limpió con hisopos de algodón humedecidos con agua desionizada. Esto se llevó a cabo con cuidado para no alterar la cera de parafina de los hombros de los frascos.

Si bien el exterior del vidrio comenzó a verse menos polvoriento y más transparente después de la limpieza, el interior tenía una mezcla de polvo y depósitos de sal amoniacal en los cuatro lados. Sacamos los cristales de sal amoniacal de cada frasco para que los lados internos del frasco pudieran limpiarse de la misma manera que el exterior. Esto mejoró enormemente la claridad óptica del vidrio. Luego eliminamos los restos extraños de la sal amoniacal antes de volver a colocarla en el frasco. Después de hacer inserciones transparentes de mylar fino, las colocamos entre el fondo de los frascos y los cristales para proteger el vidrio de la naturaleza ácida de la sal amoniacal y prevenir el desarrollo de la enfermedad del vidrio.

Después de limpiar el vidrio, tratamos el electrodo de zinc y el terminal positivo contra la corrosión, eliminamos la corrosión inestable del zinc, pasivamos cualquier superficie metálica expuesta con un ácido suave y le damos a la superficie una capa protectora transparente. Luego abordamos la corrosión del alambre de cobre expuesto, reduciéndolo mecánicamente y cubriéndolo con la misma capa protectora. Esta capa ayuda a minimizar el riesgo de que se desarrolle una mayor corrosión.

El objetivo de este tratamiento de conservación era doble: estabilizar las baterías para su almacenamiento y mejorar el registro curatorial con caracterizaciones precisas del material. Con la reducción de la corrosión del zinc y un ambiente de baja humedad relativa, es poco probable que se desarrolle más corrosión. De manera similar, la separación del electrolito de sal amoniacal del frasco de vidrio ayudará a mantener ambos elementos estables en el futuro.

Fuentes

1. Mills, A. 2004. La historia temprana del alambre de cobre aislado. Anales de la ciencia, 61:4, 453-467.2. Schneider, N., 1901. Iluminación eléctrica a gas. 1ª edición. Nueva York: Spon & Chamberlain.3. Emery, K., 2021. Vidrio resplandeciente de Gunson: historia y arqueología del vidrio de uranio. [Blog] Universidad Estatal de Michigan, disponible en:

Meredith Sweeney fue becaria de conservación de Engen de 2019 a 2021. Este blog fue escrito como parte de su investigación sobre el cuidado de las baterías históricas.