บทที่ 4 พลังงาน part 2

บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

เคมี ไฟฟ้า ถา่ ยไฟฉาย ปฏกิ ิริยาเคมที ี่ทาให้เกดิ การผา่ นกระแสไฟฟา้ แยกสารประกอบ เซลลป์ รอท กระแสไฟฟา้ ทาให้เกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี ชุบโลหะ แยกโลหะ เซลลเ์ งนิ บรสิ ุทธท์ิ ีต่ ้องการ เซลล์กัลวานกิ เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ “สามารถ ต้องมีแหลง่ กาเนดิ เ กิ ด ข้ึ น เ อ ง ไ ด้ ” ไฟฟ้า บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

เ ซล ล์ กั ลวานิ ก ( เ คมี ไ ฟฟ้ า ) ถ่านไฟฉาย เซลลแ์ หง้ ถา่ นซลิ เวอร์ ออกไซด์ เซลลเ์ งนิ บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

เ ซล ล์ อิ เ ล็ ก โ ทร ไ ลติ ก ( ไ ฟฟ้ า เ คมี ) Electrolysis การชบุ โลหะดว้ ยกระแสไฟฟา้ วธิ แี คโทดกิ (Cathodic Protection) ป้ อ ง กั น ก า ร ผุ ก ร่ อ น ข อ ง โ ล ห ะ บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

Battery คอื อปุ กรณ์ที่ให้พลังงานไฟฟา้ แกอ่ ุปกรณ์ชนิดอ่ืน ๆ ประกอบด้วยเซลล์เคมไี ฟฟ้าตงั้ แต่ 1 ชนิดข้นึ ไป ประกอบดว้ ยสว่ นหลกั ๆ สามสว่ นคอื 1) แคโทด (cathode) หรอื ขั้วบวก 2) แอโนด (anode) หรอื ข้วั ลบ 3) อเิ ลก็ โทรไลต์ (electrolyte) บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ประเภทของแบตเตอร่ี เ ซ ล ล์ ป ฐ ม ภู มิ เ ซ ล ล์ ทุ ติ ภู มิ (Second Cell) V S( P r i m a r y Cell) ปฏกิ ิรยิ าเคมีภายในเซลล์ ปฏกิ ิรยิ าเคมภี ายในเซลล์ เกิดข้นึ อยา่ งสมบูรณ์ สามารถย้อนกลับได้อกี ทาให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับไม่ได้ ใชไ้ ฟหมดแลว้ สามารถอัดไฟใหม่ได้อกี หรอื ไม่สามารถนามาอัดไฟใชใ้ หม่ นามาประจุ (charge) ถา่ นไฟฉาย เซลลส์ ะสมไฟฟา้ แบบตะก่วั เซลล์อลั คาไลน์ เซลลน์ ิกเกิล – แคดเมยี ม เซลล์ปรอท เซลลเ์ งิน เซลล์โซเดียม - ซลั เฟอร์ บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ปฏกิ ริ ยิ ารีดอกซ์ : Redox Reaction คือ ปฏิกริ ยิ าทมี่ กี ารถา่ ยเทอเิ ลก็ ตรอน มที ง้ั การใหแ้ ละรับอิเล็กตรอนเกดิ ขน้ึ พรอ้ มๆกัน จานวนอเิ ล็กตรอนที่ใหแ้ ละรบั กจ็ ะมีจานวนเทา่ กัน อ ธิ บ า ย โ ด ย : เ ล ข อ อ ก ซิ เ ด ชั น = ป ฏิ กิ ริ ย า ที่ มี เ ล ข อ อ ก ซิ เ ด ชั น ข อ ง ธ า ตุ เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง * ปฏิกิรยิ ารดี อกซ์ = คร่งึ ปฏิกิรยิ าออกซเิ ดชัน + คร่ึงปฏิกริ ยิ ารีดักชัน บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ปฏกิ ริ ยิ ารดี อกซ์ : Redox Reaction ปฏิกริ ยิ า Reduction (รีดกั ชัน) ปฏกิ ริ ยิ า Oxidation (ออกซเิ ดชัน) หมายถึง ปฏิกริ ยิ าทม่ี ีการ หมายถึง ปฏกิ ริ ิยาท่มี ีการ รับ อิเลก็ ตรอน (e-) ให้ อิเลก็ ตรอน (e-) เลข Oxidation ลดลง เลข Oxidation เพ่ิมข้นึ Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) 0 +2 +2 0 เลขออกซเิ ดชนั เพิ่มขน้ึ เลขออกซเิ ดชนั ลดลง บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

: ขว้ั แอโนด (ขัว้ ลบ) เกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี ให้อิเลก็ ตรอน (ปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั ) และ ขั้วแคโทด (ขั้วบวก) เปน็ ขั้วทเี่ กดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี รบั อเิ ลก็ ตรอน (ปฏกิ ิรยิ ารดี กั ชนั ) อเิ ลก็ ตรอนทไ่ี ด้จากปฏกิ ริ ิยาที่ข้วั ลบจะวิง่ ผ่านลวดเกดิ กระแสไฟฟ้าทน่ี าไปใชไ้ ด้ สว่ นอเิ ลก็ โทรไลต์เปน็ สารละลาย ทไี่ มน่ าอิเล็กตรอนแต่ มีหน้าทสี่ ่งผา่ น ไอออนที่จาเปน็ ต่อเกิดปฏกิ ิรยิ า ดงั กลา่ วไดอ้ ยา่ ง ต่อเน่อื งจนกว่าแบตเตอรจ่ี ะหมด บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

1. ถ่ายไฟฉายคืออะไร (What’s Dry Cell) ? เหมาะสาหรบั ใช้ ในอุปกรณ์ ถ่านไฟฉาย เปน็ เซลล์ไฟฟ้าเคมที ี่ ไมใ่ ชส้ ารละลายทเี่ ปน็ ของเหลว ขนาดเล็ก ใช้ จึงเรยี กว่า เซลลแ์ หง้ (Dry cell) ถ่านไฟฉายธรรมดาเปน็ เซลลไ์ ฟฟ้าชนิดเซลล์ คารบ์ อน-สังกะสี (carbon-zinc cell) ศักยไ์ ฟฟา้ ต่า ๆ ถูกประดิษฐข์ ้ึนตง้ั แต่ปี ค.ศ. 1866 โดยชอรช์ เลอคลงั เช (Georges Leclanch) วิศวกรชาวฝรั่งเศส เ ป็ น เ ซ ล ล์ ท่ี ใ ช้ ใ น ไ ฟ ฉ า ย ห รื อ ใ ช้ ใ น ป ร ะ โ ย ช น์ อ่ื น ๆ เ ช่ น ใ น วิ ท ยุ เ ค ร่ื อ ง คิ ด เ ล ข ฯ ล ฯ บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ปฏิกิริยาในแบตเตอรี่ซิงค์ -คาร์บอน หรือถ่านไฟฉา ย Electrolyte NH4Cl + ZnCl2 + แปง้ เปียก + ปฏกิ ิริยาที่ แอโนด แท่งแกรไฟต์ (C) (ข้ัวลบ) Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e– (แคโทด + ) ปฏิกริ ยิ าท่ี NH4Cl + ZnCl2 แคโทด 2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e– → Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l) + แปง้ เปียก (ขวั้ บวก) (อิเล็กโทรไลต์) ปฏิกริ ยิ า Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH4+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + สังกะสี รีดอกซ์ 2NH3(g) + H2O(l) - (แอโนด - ) emf 1.5 โวลต์ (ให้ศกั ยไ์ ฟฟา้ ) บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ขอ้ เสยี : มีสภาวะที่เปน็ กรดสามารถกดั กร่อนกลอ่ งสังกะสีได้ และอายุการใชง้ านคอ่ นข้างสั้น ขณะเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมีจะมีน้าเกดิ ขึน้ ดังนัน้ เม่ือใชง้ านไปนาน ๆ ถา่ นไฟฉายจะ บวม เยมิ้ เปียก แสดงว่า ถ่านเสอื่ มสภาพ ควรเลกิ ใช้ เพราะมีสารท่เี ปน็ อนั ตรายตอ่ ร่างกาย คอื แมงกานสี ไดออกไซด์ (MnO2) เปน็ สารทีม่ อี ันตรายถา้ เข้าส่รู า่ งกายจะไป ทาลายระบบประสาท ของรา่ งกาย บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

แบตเตอร่แี บบมาตรฐานจากพานาโซนิค คุณภาพเปน็ ที่ ตัวอยา่ งการอา่ นฉลากของถา่ นไฟฉาย ยอมรับมายาวนาน ใหพ้ ลงั งานต่อเนือ่ งจนหมดก้อน บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n NEO นีโอ สดี า พลงั แรงพเิ ศษ เหมาะสาหรับกล้อง, เทป, วทิ ยุเทปพกพา • ได้รบั มาตรฐานอตุ สาหกรรม • ไรส้ ารปรอท • กาลังไฟ 1.5 โวลต์ • ถ่านขนาด AA • ขนาดสินคา้ (กว้าง x ยาว) : 5 × 5.5 ซม./แพ็ค • บรรจุ 4 ก้อน/แพ็ค คาแนะนาและข้อควรระวัง • อย่าทาใหแ้ บตเตอร่รี อ้ นหรอื ทง้ิ ลงกองไฟ • อยา่ ลอกฉลากหมุ้ แบตเตอรี่ • อยา่ ให้แบตเตอรี่ถูกนา้ • ควรท้งิ ในถงั ขยะสาหรับขยะมีพิษ

2. แบตเตอรี่แอลคาไลน์ (Alkaline) เปน็ เซลล์ทพี่ ัฒนาขึ้นจากเซลลแ์ หง้ หรอื เซลล์เลอคงั เช บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ม า จ า ก โ ล ห ะ แ อ ล ค า ไ ล น์ จึ ง เ รี ย ก ว่ า “ แ บ ต เ ต อ ร่ี แ อ ล ค า ไ ล น์ ” Electrolyte NaOH หรือ KOH ปฏิกิรยิ าท่ี Zn(s) + 2OH–(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e– แอโนด 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e– → Mn2O3(s) + 2OH–(aq) (ขว้ั ลบ) ปฏกิ ิรยิ าท่ี แคโทด (ข้ัวบวก) ปฏกิ ิรยิ า Zn(s) + 2MnO2(s) → ZnO(s) + Mn2O3(s) รดี อกซ์ “มีอายุการเกบ็ ใชง้ านท่ี emf 1.5 โวลต์ แตใ่ ห้กระแสไฟฟ้าไดม้ ากกวา่ เซลล์แหง้ นานกวา่ และราคาสงู กว่า” (ใหศ้ กั ยไ์ ฟฟา้ ) บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

3. แบตเตอร่ซี ลิ เวอรอ์ อกไซด์ (เซลล์กระดุม) “Button cell” เ ป ็ น เ ซ ล ล ์ ท ี ่ มี ขนาดเล็กใช้กัน มากในเครื่องฟัง เสียงสาหรับคนหู พิการ หรือใช้ใน อุปกรณอ์ น่ื เช่น นาฬิกาข้อมือ เครอื่ งคดิ เลข บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ขอ้ ดี : ราคาสูง แต่ใช้งานไดน้ าน Electrolyte NaOH หรือ KOH Ag2O ปฏกิ ริ ิยาท่ีแอโนด Zn(s) + 2OH–(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e– (แคโทด) (ขวั้ ลบ) สงั กะสี + ปฏิกิรยิ าทแ่ี คโทด Ag2O(s) + H2O(l) + 2e– → 2Ag(s) + 2OH–(aq) (แอโนด) - (ข้ัวบวก) Zn ใน KOH gel ปฏกิ ิรยิ า Zn(s) + Ag2O(s) → ZnO(s) + 2Ag(s) รีดอกซ์ 1.5 โวลต์ ตลอดอายกุ ารใชง้ าน emf (ให้ศักย์ไฟฟ้า) บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

แบตเตอรท่ี ตุ ยิ ภมู ิ เป็นแบตเตอรท่ี เ่ี มอ่ื ผา่ นการใชแ้ ลว้ สามารถนากลบั มาชาร์จประจุ เพ่อื กลบั มาใชใ้ หม่ได้ เชน่ แบตเตอรร่ี ถยนต์ แบตเตอรม่ี ือถือ และถ่านรุ่นใหม่ๆ เป็นต้น แบตเตอรี่ชนิดอัดกระแสไฟใหม่ไดห้ รอื เซลล์ทตุ ิยภมู ิ สามารถอัดกระแสไฟใหม่ได้หลังจากไฟหมด เนอ่ื งจากสารเคมที ่ใี ช้ทาแบตเตอรีช่ นิดนส้ี ามารถทาให้กลับไปอยู่ ในสภาพเดิมไดโ้ ดยการอัดกระแสไฟเขา้ ไปใหมซ่ ึ่งอุปกรณท์ ่ีใชอ้ ัด ไฟน้เี รยี กวา่ ชาร์เจอร์ หรือ รชี ารเ์ จอร์ บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

1. แบตเตอรี่ตะก่ัว ป ร ะ โ ย ช น์ : ใ ช้ สา ร อ ง ไ ฟ ค อ ม พิ ว เ ต อ ร์ แ บ ต เ ต อ รี่ ใ น ร ถ ย น ต์ ประกอบไปดว้ ยเซลล์กัลวานิก 6 เซลล์ ตอ่ แบบอนุกรม • แอโนด : แผน่ ตะก่วั (Pb) • แคโทด : แผ่นตะก่ัว เคลือบด้วย PbO2 • อิเล็กโทรไลต์ : กรดซัลฟวิ รกิ (H2SO4) บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ส่วนประกอบของแบตเตอรี่ตะก่ัว บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

Q&A การประจุ Battery ใช้ หลักการของเซลลก์ ลั วานิก หรอื เซลล์อเิ ล็กโทรไลติก ? บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

Q&A Answer ใชห้ ลกั การอิเล็กโทรไลตกิ ปฏิกิรยิ าไม่สามารถเกดิ ขนึ้ เองได้ ต้องใชพ้ ลังงานไฟฟา้ จากภายนอก เขา้ มาช่วย บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

2. แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน (Lithium Ion Cell) • มี Li+ เป็นองคป์ ระกอบ ท้งั ข้ัวไฟฟ้าและอเิ ลก็ โทรไลต์ o ขั้วแอโนด : ขัว้ แกรไฟต์ (C) o ขวั้ แคโนด : LiCoO2 หรือ LiMn2O4 o อเิ ลก็ โทรไลต์ : LiPF6 บ ท ที่ 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ปฏกิ ริ ยิ าเซลลล์ เิ ทยี ม - ไอออน (Li-ion battery) บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

ห ลั ก ก า ร ทา ง า น ข อ ง แ บ ต เ ต อ ร่ี ลิ เ ที ย ม ไ อ อ อ น เมื่อเกิดปฏิกริ ยิ า Li+ จะเคลื่อนทไ่ี ปมาระหวา่ งแอโนดและแคโทด บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n

กลอ้ งถ่ายรปู แบตโทรศพั ท์ ท่ชี ารต์ โน้ตบ๊คุ บ ท ท่ี 4 : พ ลั ง ง า น : K r u ’ P a t t a r a n u n