แบตเตอรี่

แบตเตอร่ี ให้ข้อคดิ เหน็ [S1]: (Battery) เรียบเรียงโดย นายณัฐวฒุ ิ จอมสังข์ สาขาวชิ าช่างไฟฟ้ ากาลัง วทิ ยาลัยเทคนคิ สุโขทยั

แบตเตอร่ี (Battery) คืออะไร เป็ นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วย เซลล์ไฟฟ้ าเคมี หน่ึงเซลล์หรือมากกว่า ท่ีมีการเช่ือมต่อภายนอ กเพ่ือ ให้กาลังงานกับอุปก รณ์ ไฟฟ้ า แบตเ ตอรี่ มี ข้ัวบวก (cathode) แล ะ ข้ัวลบ (องั กฤษ: anode) ข้วั ที่มีเครื่องหมายบวกจะมีพลงั งานศกั ยไ์ ฟฟ้ าสูงกว่าข้วั ท่ีมีเคร่ืองหมายลบ ข้วัที่มีเครื่องหมายลบคือแหล่งท่ีมาของอิเล็กตรอนที่เมื่อเชื่อมต่อกบั วงจรภายนอกแล้วอิเล็กตรอนเหล่าน้ีจะไหลและส่งมอบพลงั งานให้กบั อุปกรณ์ภายนอก เม่ือแบตเตอร่ีเช่ือมต่อกบั วงจรภายนอกสาร อิเล็กโทรไลต์ มีความสามารถที่จะเคล่ือนที่โดยทาตวั เป็ นไอออน ยอมให้ปฏิกิริยาทางเคมีทางานแล้วเสร็จในข้ัวไฟฟ้ าท่ีอยู่ห่างกัน เป็ นการส่งมอบพลังงานให้กับวงจรภายนอก การเคลื่อนไหวของไอออนเหล่าน้ันที่อยใู่ นแบตเตอร่ีท่ีทาให้เกิดกระแสไหลออกจากแบตเตอร่ีเพื่อปฏิบตั ิงาน[2] ในอดีตคาวา่ \"แบตเตอรี่\" หมายถึงเฉพาะอุปกรณ์ท่ีประกอบดว้ ยเซลล์หลายเซลล์ แต่การใชง้ านไดม้ ีการพฒั นาใหร้ วมถึงอปุ กรณ์ที่ประกอบดว้ ยเซลลเ์ พียงเซลลเ์ ดียว แบตเตอร่ีปฐมภูมิจะถูกใช้เพียงคร้ังเดียวหรือ \"ใช้แล้วทิ้ง\"; วสั ดุท่ีใช้ทาข้วั ไฟฟ้ าจะมีการเปลี่ยนแปลงอยา่ งถาวรในช่วงปล่อยประจุออก (discharge) ตวั อย่างท่ีพบบ่อยก็คือ แบตเตอรี่อลัคาไลน์ ที่ใชส้ าหรับ ไฟฉาย และอีกหลายอปุ กรณ์พกพา แบตเตอร่ีทุตยิ ภูมิ (แบตเตอรี่ประจุใหม่ได)้สามารถดิสชาร์จและชาร์จใหม่ไดห้ ลายคร้ัง ในการน้ีองคป์ ระกอบเดิมของข้วั ไฟฟ้ าสามารถเรียกคืนสภาพเดิมไดโ้ ดยกระแสยอ้ นกลบั ตวั อยา่ งเช่น แบตเตอร่ีตะกว่ั กรด ที่ใช้ในยานพาหนะและแบตเตอร่ี ลิเธียมไอออน ท่ีใชส้ าหรับอปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์แบบเคลื่อนยา้ ยได้ แบตเตอร่ีมาในหลายรูปทรงและหลายขนาด จากเซลลข์ นาดเล็กท่ีให้พลงั งานกบั เครื่องช่วยฟัง และนาฬิกาข้อมือ จนถึงแบตเตอรี่ แบงค์ที่มีขนาดเท่าห้องที่ให้พลังงานเตรี ยมพร้อมสาหรับ ชุมสายโทรศพั ท์ และ ศนู ยข์ อ้ มูล คอมพวิ เตอร์ ตามการคาดการณ์ในปี 2005 อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ทว่ั โลกสร้างมูลค่า US $48 พนั ลา้ น ในการขายในแตล่ ะปี [4] ดว้ ยการเจริญเติบโตประจาปี 6% แบตเตอรี่ มีค่า พลังงานเฉพาะ (พลังงานต่อ หน่ วยมวล ) ต่ากว่ามากเม่ือเ ที ยบกบั เช้ือเพลิง ท้งั หลาย เช่นน้ามนั แต่ก็สามารถชดเชยได้บา้ งโดยประสิทธิภาพที่สูงของมอเตอร์ไฟฟ้ าในการผลิตงานดา้ นกลไกเม่ือเทียบกบั เคร่ืองยนตส์ ันดาป

แบตเตอรี่ รูปร่างของแบตเตอรี่แบบต่าง ๆ (บนซา้ ยจนถึงล่างขวา) แบตเตอร่ีแบบ AA2 หน่วย, แบตเตอรี่แบบ D 1 หน่วย, แบตเตอร่ีแบบหูหิ้ว 1 หน่วย, แบตเตอรี่แบบ9 โวลท์ (PP3) 2 หน่วย, แบตเตอร่ีแบบ AAA 2 หน่วย, แบตเตอร่ีแบบ C 1 หน่วย,แบตเตอร่ีที่ใช้กบั กลอ้ งถ่ายวดี ิโอ 1 หน่วย, แบตเตอรี่แบบใช้กบั โทรศพั ทใ์ นบา้ น1 หน่วยชนิด แหล่งจ่ายไฟหลกั การทางาน ปฏิกิริยาไฟฟ้ าเคมี, แรงเคลื่อนไฟฟ้ าผลติ คร้ังแรก ทศวรรษท่ี 1800สัญลกั ษณ์สญั ลกั ษณ์แบบอิเลก็ ทรอนิกสส์ าหรับแบตเตอร่ีในแผนภาพวงจร รูปท่ี 1 รูปร่างแบตเตอรี่แบบตา่ งๆ

ประวตั ิ บทความหลกั : ประวตั ิความเป็ นมาของแบตเตอร่ี voltaic pile แบตเตอรี่ตวั แรก รูปที่ 2 voltaic pile แบตเตอรี่ตวั แรกอาเลสซานโดร โวลตา กาลงั สาธิตแบตเตอรี่ของเขาให้กบั จักรพรรดิฝร่ังเศส นโปเลยี น โบนาปาร์ต การใช้ \"แบตเตอรี่\" เพื่ออธิบายกลุ่มของอปุ กรณ์ไฟฟ้ าสามารถยอ้ นหลงั ไปในสมยั เบนจาอฟัแฟรงคลิน ผซู้ ่ึงในปี 1748 ไดอ้ ธิบายกลุ่มของ หมอ้ เลยเ์ ดน โดยอุปมาว่าเป็น แบตเตอร่ีของปื นใหญ่[5] (เบนจามิน แฟรงคลิน ยมื คาวา่ \"แบตเตอรี่\" จากกองทพั ท่ีหมายถึงอาวธุ ท่ีทางานดว้ ยกนั [6]). อาเลสซานโดร โวลตา ไดส้ ร้างและไดอ้ ธิบายแบตเตอร่ีไฟฟ้ าเคมีตวั แรก voltaic pile ในปี1800 น่ีเป็ นช้นั ซ้อนกนั ของแผ่นทองแดงและแผน่ สังกะสี คน่ั โดยจานกระดาษชุ่มดว้ ยน้าเกลือ มนัสามารถผลิตกระแสที่คงท่ีไดเ้ ป็ นเวลานานทีเดียว โวลตาไม่ไดพ้ อใจที่โวลเตจเกิดจากปฏิกิริยาเคมีเขาคิดวา่ เซลลข์ องเขาเป็นแหล่งพลงั งานที่ใชไ้ ม่หมด และการกดั กร่อนท่ีกระทบตอ่ ข้วั ไฟฟ้ าท้งั สองเป็ นเพียงส่ิงรบกวน มากกว่าจะเป็ นผลตามมาท่ีไม่อาจเลี่ยงไดข้ องการปฏิบตั ิงานของพวกมนั อยา่ งท่ี ไมเคิล ฟาราเดย์ แสดงให้เห็นในปี 1834. แมว้ า่ แบตเตอร่ีในช่วงตน้ ตน้ จะมีประโยชน์อยา่ งมากสาหรับวตั ถุประสงคด์ า้ นการทดลองก็ตาม แต่ในทางปฏิบตั ิแลว้ แรงดนั ไฟฟ้ าของพวกมนั มีความผนั ผวนและพวกมนั ก็ไม่สามารถให้

กระแสขนาดใหญ่ไดเ้ ป็นระยะเวลาอยา่ งต่อเน่ือง ส่วน เซลลข์ องนีลล์ ที่คิดคน้ ไดใ้ นปี 1836 โดยนกัเคมีชาวองั กฤษ จอห์น เฟรเดอริก นีลล์ เป็ นแหล่งผลิตไฟฟ้ าในทางปฏิบตั ิคร้ังแรก และกลายเป็ นมาตรฐานอุตสาหกรรมและไดร้ ับการยอมรับอยา่ งกวา้ งขวางว่าเป็ นแหล่งพลงั งานสาหรับเครือข่ายโทรเลขไฟฟ้ า เซลล์ของนีลลป์ ระกอบดว้ ยหมอ้ ทองแดงท่ีเติมเตม็ ดว้ ยสารละลาย คอปเปอร์ซลั เฟตท่ีแช่ดว้ ยภาชนะ ดินเผา เคลือบที่เติมเตม็ ดว้ ย กรดกามะถนั และข้วั ไฟฟ้ าสังกะสี[11] เซลลเ์ ปี ยกเหล่าน้ีใชอ้ ิเลก็ โทรไลตเ์ ป็ นของเหลว ซ่ึงมีแนวโน้มท่ีจะรั่วไหลและหกหากไม่ถือไปมาอยา่ งถูกตอ้ ง หลายเซลลใ์ ชโ้ หลแกว้ เพ่อื ยึดชิ้นส่วนของพวกมนั ไว้ ซ่ึงทาให้พวกมนั เปราะบางลกั ษณะเหล่าน้ีทาให้เซลลเ์ ปี ยกไมเ่ หมาะสมสาหรับการใชท้ ่ีตอ้ งเคล่ือนยา้ ยไปมา เม่ือใกลจ้ ดุ สิ้นสุดของศตวรรษที่สิบเกา้ การประดิษฐ์ข้ึนของ แบตเตอร่ีเซลลแ์ ห้ง ซ่ึงไดแ้ ทนท่ีอิเล็กโทรไลตข์ องเหลวดว้ ยสารท่ีเป็ นของแขง็ กวา่ ทาให้อปุ กรณ์ไฟฟ้ าแบบพกพาสามารถทาไดใ้ นทางปฏิบตั ิรูปที่ 3 อาเลสซานโดร โวลตา กาลงั สาธิตแบตเตอร่ีของเขาใหก้ บั จกั รพรรดิฝรั่งเศส นโปเลียน โบ นาปาร์ตหลกั การทางาน แบตเตอร่ีแปลงพลงั งานเคมีให้เป็ นพลงั งานไฟฟ้ าโดยตรง แบตเตอร่ีประกอบด้วยเซลล์แบบโวลตาไดม้ ากกว่าหน่ึงเซลล์ แต่ละเซลล์ประกอบดว้ ยสอง คร่ึงเซลล์ ที่เชื่อมต่อเรียงกนัเป็ นแถวโดยสารอิเล็กโทรไลตท์ ่ีเป็ นสื่อกระแสไฟฟ้ าที่มีไอออนท่ีมีประจุลบ (anion) และไอออนที่มีประจุบวก (cation) คร่ึงเซลลห์ น่ึงตวั จะมีอิเลก็ โทรไลตแ์ ละข้วั ลบ (อิเล็กโทรดท่ีแอนไอออนวิ่งเขา้หา); อีกคร่ึ งเซลล์หน่ึงจะมีอิเล็กโทรไลต์และข้ัวบวก (อิเล็กโทรดที่แคทไอออนว่ิงเข้าหา Redox ปฏิกิริยา Redox เป็ นตวั ให้พลงั งานกบั แบตเตอรี่ แคทไอออนจะลดลง (อิเล็กตรอนมีการ

เพ่ิม) ท่ีแคโทดระหว่างการชาร์จประจุ ในขณะที่แอนไอออนจะถกู ออกซิไดซ์ (อิเลก็ ตรอนจะถูกลบออก) ที่ข้วั บวกระหว่างการชาร์จ[13] ในระหว่างการดีสชาร์จกระบวนการจะเป็ นตรงกันข้ามข้วั ไฟฟ้ าท้งั สองไม่ไดส้ ัมผสั กนั แต่เชื่อมต่อทางไฟฟ้ าโดย อิเล็กโทรไลต์ เซลล์บางตวั ใชอ้ ิเล็กโทรไลตแ์ ตกต่างกนั สาหรับแต่ละคร่ึงเซลล์ ตวั คนั่ ช่วยให้ไอออนไหลระหว่างคร่ึงเซลล์ แต่จะช่วยป้ องกนั การผสมของอิเลก็ โทรไลตท์ ้งั สองดา้ น แต่ละคร่ึงเซลล์มี แรงเคลื่อนไฟฟ้ า (หรือ EMF) ที่กาหนดโดยความสามารถของมนั ในการขบั กระแสไฟฟ้ าจากภายในสู่ภายนอกของเซลล์ แรงเคล่ือนไฟฟ้ าสุทธิของเซลล์คือความแตกต่างระหวา่ ง EMFs ของคร่ึงเซลลข์ องมนั ดงั น้นั หากข้วั ไฟฟ้ ามี EMFs = และ ดงั น้นั EMF สุทธิจะเป็น ;พดู อีกอยา่ ง EMF สุทธิคอื ความแตกตา่ งระหว่าง Reduction potential ของ คร่ึงปฏิกิริยา แรงขบั ไฟฟ้ าหรือ ท่ีตกคร่อม ข้วั ของเซลลเ์ รียกว่า แรงดันไฟฟ้ า (แตกต่าง) ที่ขั้ว และถูกวดัเป็ น โวลต์ แรงดนั ไฟฟ้ าที่ข้วั ของเซลล์ท่ีไม่ใช่ท้งั กาลงั ชาร์จและดีสชาร์จเรียกว่า แรงดนั ไฟฟ้ าวงจรเปิ ด และเท่ากบั emf ของเซลล์. ผลจากความตา้ นทานภายใน[17] แรงดนั ไฟฟ้ าท่ีข้วั ของเซลล์ที่กาลงัดีสชาร์จจึงมีขนาดเล็กกวา่ แรงดนั ไฟฟ้ าวงจรเปิ ด และแรงดนั ไฟฟ้ าท่ีข้วั ของเซลลท์ ่ีกาลงั ชาร์จก็จะมีมากเกินแรงดนั ไฟฟ้ าวงจรเปิ ด เซลล์ในอุดมคติจะมีความตา้ นทานภายในเล็กน้อยจนตดั ทิ้งได้ ดงั น้นั มนั จึงจะรักษาระดบัแรงดนั ที่ข้วั ให้มีค่าคงท่ีที่เท่ากบั จนหมดแรง แลว้ ลดลงไปอยทู่ ี่ศูนย์ ถา้ เซลลด์ งั กล่าวสามารถรักษาระดบั ไวท้ ี่ 1.5 โวลตแ์ ละจดั เกบ็ ประจุจานวนหน่ึง คูลอมบ์ จากน้นั เมื่อมนั ดีสชาร์จอยา่ งสมบรู ณ์ มนัควรจะทางานได้ 1.5 จูลในเซลล์ปกติ ความตา้ นทานภายในจะเพิ่มระหว่างการดีสชาร์จ[17] และแรงดนั ไฟฟ้ าวงจรเปิ ดก็จะลดลงดว้ ยระหว่างการดีสชาร์จ ถา้ แรงดนั ไฟฟ้ าและความตา้ นทานถูกวาดเป็ นกราฟกบั แกนเวลา รูปกราฟท่ีไดม้ กั จะเป็ นเส้นโคง้ ; รูปร่างของเส้นโคง้ จะแปรไปตามคุณสมบตั ิทางเคมีและการจดั แจงภายใน แรงดนั ไฟฟ้ าที่พฒั นาข้ึนระหวา่ งข้วั ไฟฟ้ าของเซลล์จะข้ึนอยกู่ บั การปลดปล่อยพลงั งานของปฏิกิริยาเคมีของข้ัวไฟฟ้ าและอิเล็กโทรไลต์ของมัน เซลล์แบบ อัลคาไลน์ และแบบ สังกะสีคาร์บอน มีปฏิกิริยาเคมีแตกต่างกนั แต่มี EMF ประมาณเดียวกนั ที่ 1.5 โวลต;์ ในทานองเดียวกนัเซลล์แบบ NiCd และแบบ NiMH จะมีเคมีท่ีแตกต่างกัน แต่มี EMF ประมาณเดียวกันที่ 1.2โวลต์ การเปลี่ยนแปลงศกั ยไ์ ฟฟ้ าเคมีท่ีสูงในปฏิกิริยาของสารประกอบ ลิเธียม จะเป็ นผลให้เซลลล์ ิเธียมมี EMF ที่ 3 โวลตห์ รือมากกวา่

ประเภทแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้ าใหม่ได้ และชนิดใช้แล้วทงิ้ รูปท่ี 4 แบตเตอร่ีชนิดประจุไฟฟ้ าใหม่ได้ และชนิดใชแ้ ลว้ ทิ้งตัวอย่างแบตเตอรี่ หลายชนิด (จากซ้ายไปขวา บนลงล่าง): ถ่านไฟฉายขนาด AA สองก้อน,ถ่านไฟฉายกอ้ นใหญ่ (D), แบตเตอร่ีวิทยสุ ่ือสาร, ถ่าน 9 โวลต์ (PP3) สองกอ้ น, ถ่านไฟฉายขนาดAAA สองกอ้ น, ถ่านไฟถ่ายกอ้ นกลาง (C), แบตเตอร่ีกลอ้ งวีดีโอ, และแบตเตอรี่โทรศพั ทบ์ า้ นไร้สาย จากมุมมองของผูใ้ ช้แบตเตอรี่แบ่งออกเป็ น 2 กลุ่มใหญ่ๆ ดงั น้ี; แบตเตอร่ีชนิดประจุไฟฟ้ าใหม่ได้ และ แบตเตอร่ีชนิดประจุไฟฟ้ าใหม่ไม่ได้ (ใช้แล้วทิ้ง) ซ่ึงนิยมใช้อย่างแพร่หลายท้งั สองชนิด แบตเตอรี่ใชแ้ ลว้ ทิ้งเรียกอีกอยา่ งวา่ เซลล์ปฐมภูมิ ใชไ้ ดค้ ร้ังเดียว เนื่องจากไฟฟ้ าที่ไดเ้ กิดจากการเปลี่ยนแปลงของสารเคมีเมื่อสารเคมีเปลี่ยนแปลงหมดไฟฟ้ าก็จะหมดจากแบตเตอรี่ แบตเตอรี่เหล่าน้ีเหมาะสาหรับใชใ้ นอุปกรณ์ขนาดเล็กและสามารถเคลื่อนยา้ ยไดส้ ะดวก ใช้ไฟนอ้ ยหรือในท่ีท่ีห่างไกลจากพลงั งานไฟฟ้ ากระแสสลบั ในทางตรงกนั ขา้ มแบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้ าใหมไ่ ดห้ รือ เซลล์ทุตยิ ภูมิ สามารถประจุไฟฟ้ าใหม่ไดห้ ลงั จากไฟหมดเนื่องจากสารเคมีที่ใช้ทาแบตเตอร่ีชนิดน้ีสามารถทาให้กลบั ไปอยใู่ นสภาพเดิมไดโ้ ดยการประจุไฟฟ้ าเขา้ ไปใหมซ่ ่ึงอุปกรณ์ท่ีใชอ้ ดั ไฟน้ีเรียกวา่ ชาร์เจอร์ หรือ รีชาร์เจอร์

แบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้ าใหม่ไดท้ ่ีเก่าแก่ที่สุดซ่ึงใช้อยจู่ นกระทงั่ ปัจจุบนั คือ \"เซลล์เปี ยก\"หรือแบตเตอรี่ตะกว่ั -กรด (lead-acid battery) แบตเตอรี่ชนิดน้ีจะบรรจุในภาชนะท่ีไม่ไดป้ ิ ดผนึก(unsealed container) ซ่ึงแบตเตอร่ีจะตอ้ งอย่ใู นตาแหน่งต้งั ตลอดเวลาและตอ้ งเป็ นพ้ืนท่ีท่ีระบายอากาศไดเ้ ป็ นอยา่ งดี เพ่ือระบายก๊าซ ไฮโดรเจน ที่เกิดจากปฏิกิริยาและแบตเตอรี่ชนิดจะมีน้าหนกัมาก รูปแบบสามญั ของแบตเตอรี่ตะกวั่ -กรด คือแบตเตอร่ี รถยนต์ ซ่ึงสามารถจะให้พลังงานไ ฟ ฟ้ า ไ ด้ถึ ง ป ร ะ ม า ณ 10,000 วัต ต์ ใ น ช่ ว ง เ ว ล า ส้ั น ๆ แ ล ะ มี ก ร ะ แ ส ต้ัง แ ต่ 450 ถึ ง1100 แอมแปร์ สารละลายอิเล็กโตรไลตข์ องแบตเตอร่ีคือ กรดซลั ฟิ วริกซ่ึงสามารถเป็ นอนั ตรายต่อผิวหนงั และตาได้ แบตเตอรี่ตะกวั่ -กรดท่ีมีราคาแพงมากเรียกว่า แบตเตอร่ีเจล (หรือ \"เจลเซลล์\")ภายในจะบรรจุอิเลก็ โตรไลตป์ ระเภทเซมิ-โซลิด (semi-solid electrolyte) ที่ป้ องกนั การหกไดด้ ี และแบตเตอรี่ชนิดอดั ไฟใหม่ไดท้ ี่เคล่ือนยา้ ยได้สะดวกกวา่ คือประเภท \"เซลล์แห้ง\" ท่ีนิยมใช้กนั ในโทรศพั ทม์ ือถือและคอมพิวเตอร์โนต้ บกุ๊ เซลลข์ องแบตเตอรี่ชนิดน้ีคือ  นิเกิล-แคดเมียม (NiCd) ,  นิเกิลเมตทลั ไฮไดรด์ (NiMH) ,  ลิเธียม-ไอออน (Li-Ion)(Primary cell ) ใช้แล้วทิง้ [แก]้  Zinc-carbon battery  Alkaline battery  Silver-oxide battery  Lithium battery  Mercury battery  Zinc-air batteryชาร์จใหม่ได้[แก]้  Lead-acid battery  Absorbed glass mat  Gel battery  lithium-ion battery

 lithium ion polymer battery  NaS battery  Nickel metal hydride battery  Nickel-cadmium battery  Sodium-metal chloride battery  Nickel-zinc batteryแหล่งขอ้ มูลอา้ งองิhttps://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B9%81%E0%B8%9A%E0%B8%95%E0%B9%80%E0%B8%95%E0%B8%AD%E0%B8%A3%E0%B8%B5%E0%B9%88#.E0.B8.9B.E0.B8.A3.E0.B8.B0.E0.B8.A7.E0.B8.B1.E0.B8.95.E0.B8.B4 (วันทคี่ น้ ขอ้ มูล : 18 กรกฎาคม 2560).