[x] ปิดหน้าต่างนี้
Powered by ATOMYMAXSITE 2.5
โรงพยาบาลสอง :: Song Hospital
ยินดีต้อนรับคุณ บุคคลทั่วไป  
ค้นหา   
เมนูหลัก
พันธมิตรสุขภาพ
รพ.สต.ในเครือข่าย

link banner
e-Learning

ห้องยา

KM&R2R

งาน IC
งานคุณภาพโรงพยาบาล
แผนผังเว็บไซต์
กลุ่มงานบริหาร
ITA Songhosp
การจัดซื้อจัดจ้าง
โรงพยาบาลคุณธรรม
ช่องทางการร้องเรียน
แผนงานยุทธศาสตร์
มาตรฐานระบบบริการสุขภาพ ปี 2560

  

  หมวดหมู่ : งานช่าง นารู้
เรื่อง : แบตเตอรี่พลังงานใกล้ตัวเรา : ตอนที่ 1 มารู้จักที่มาของแบตเตอรี่ประเภทต่าง ๆ กัน
โดย : nuttasarun
เข้าชม : 1893
พุธ ที่ 29 เดือน มกราคม พ.ศ.2557 ปักหมุดและแบ่งปัน
     

        ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์เปลี่ยน พลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีพัฒนาการมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 แล้วจนถึงปัจจุบันเราสามารถพบเห็นอุปกรณ์เหล่านี้หลากหลายแบบได้ในท้องตลาด เพราะมันได้รับการออกแบบและผลิตมาให้เหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆตั้งแต่ของธรรมดาอย่างกระบอกไฟฉาย นาฬิกาปลุกไปจนถึงอุปกรณ์ไฮเทคอย่างกล้องถ่ายรูปดิจิตอล โทรศัพท์มือถือ เครื่องเล่น MP3 ตลอดจนสินค้าอื่นๆ

        แม้ชนิดของถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่จะมีมาก แต่หากพิจารณาโดยใช้หลักของการอัดประจุไฟแล้ว เราสามารถแบ่งถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่ได้เป็น 2 ประเภทคือ เซลล์ปฐมภูมิ (primary cell) ซึ่งเป็นถ่านไฟฉายหรือแบตเตอรี่ชนิดใช้แล้วทิ้งไม่สามารถอัดประจุไฟซ้ำได้ เช่น ถ่านไฟฉายธรรมดา ถ่านแอลคาไลน์ ถ่านนาฬิกา เป็นต้น กับเซลล์ทุติยภูมิ (secondary cell) ซึ่งเป็นถ่านหรือแบตเตอรี่ที่สามารถนำมาอัดประจุไฟซ้ำได้ เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ แบตเตอรี่มือถือ ถ่านไฟฉายแบบประจุไฟใหม่ได้ (rechargeable battery) เป็นต้น ดังนั้นเรามาเริ่มทำความรู้จักถ่านไฟฉายธรรมดากันก่อน

ถ่านไฟฉายธรรมดา

        ถ่านไฟฉายธรรมดาเป็นเซลล์ไฟฟ้าชนิดเซลล์ คาร์บอน-สังกะสี (carbon-zinc cell) ถูกประดิษฐ์ขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1866 โดยชอร์ช แลกลองเช (Georges Leclanch?) วิศวกรชาวฝรั่งเศส ชื่อเซลล์คาร์บอน-สังกะสีบอกถึงองค์ประกอบพื้นฐานของเซลล์ไฟฟ้าชนิดนี้ว่า ประกอบด้วย แท่งคาร์บอนหรือแท่งถ่านทำหน้าที่เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าจากแคโทด ซึ่งสารที่ทำหน้าที่เป็นแคโทดคือ สารแมงกานีสไดออกไซด์ (manganese dioxide) โดยผสมร่วมกับผงถ่าน ส่วนแอโนดคือ กระป๋องสังกะสี (zinc) ตัวกระป๋องนอกจากจะทำหน้าที่เป็นแอโนดแล้วยังใช้บรรจุสารแคโทดด้วย โดยมีชั้นของสารละลายแอมโมเนียมคลอไรด์ (ammonium chloride) และซิงค์คลอไรด์ (zinc chloride) ทำหน้าที่เป็นสารอิเล็กโทรไลต์กั้นระหว่างชั้นแคโทดและชั้นแอโนด

ภาพตัดขวางของถ่านไฟฉายคาร์บอน-สังกะสี


        ปฏิกิริยาเคมีของถ่านไฟฉายจะเกิดต่อเนื่องไปจน กระทั่งสารแมงกานีสไดออกไซด์ทำปฏิกิริยาจนหมด หมายความว่าถ่านไฟฉายหมดไฟแล้ว ซึ่งผู้ใช้ควรทำการถอดถ่านออกจากตัวอุปกรณ์ไฟฟ้า เพราะสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ยังอยู่ในก้อนถ่านไฟฉายมีฤทธิ์เป็นกรด ดังนั้นสารจะเกิดปฏิกิริยาเคมีกับกระป๋องสังกะสีต่อได้ ทำให้สารเคมีภายในรั่วออกมาสร้างความเสียหายแก่อุปกรณ์ไฟฟ้าได้

        จุดเด่นของถ่านไฟฉายธรรมดาคือ ราคาถูกและมีหลายขนาดให้เลือกใช้ แต่จุดด้อยคือ ถ่านไฟฉายชนิดนี้ให้พลังงานได้น้อยที่สุดเมื่อเทียบกับถ่านชนิดอื่น นอกจากนี้หากเก็บในสถานที่มีอุณหภูมิที่ร้อน หรือเย็นเกินไปจะมีผลทำให้ ประสิทธิภาพของถ่านลดลง

  • ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์

ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ (mercuric oxide) เป็นแบตเตอรีหรือเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพ การจ่ายไฟฟ้าในอัตราคงที่ สูง โดยทั่วไปถ่านชนิดนี้มีขนาดเล็ก สามารถให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 1.35 โวลต์ ซึ่งเหมาะสำหรับอุปกรณ์หรือเครื่องใช้อย่าง นาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลข เกมส์กด ฯลฯ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1950 โดย แซมมวล รูเบน (Samuel Ruben) นักประดิษฐ์อิสระ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์สามารถใช้สารเมอร์คิวริกออกไซด์ ผสมสารแมงกานีสได ออกไซด์ หรือใช้เฉพาะสารเมอร์คิวริกออกไซด์เป็นแคโทดอย่างเดียวก็ได้ สำหรับแอโนดจะใช้สังกะสีในรูปโลหะผงเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวของการเกิด ปฏิกิริยาเคมีให้มากขึ้น

        ในส่วนของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ก็สามารถเลือก ใช้สารอิเล็กโทรไลต์ได้ 2 ชนิดด้วยกันคือ สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ (potassium hydroxide) หรือสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ความแตกต่างของการเลือกใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ทั้งสองชนิดคือ ถ่านที่ใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์จ่ายกระแสไฟได้น้อย แต่ให้แรงดันไฟฟ้า คงที่ได้ดี ซึ่งเหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างเครื่องคิดเลข เครื่องช่วยฟัง (hearing aids) นาฬิกาข้อมือแบบเข็ม ส่วนถ่านที่ใช้สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะ สามารถจ่ายกระแสไฟได้มากกว่า จึงเหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการกระแสไฟมากกว่า เช่น กล้องถ่ายรูปดิจิตอลที่มีไฟแฟลช หรือนาฬิกาดิจิตอลที่มีไฟเรืองแสง

        แบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์มีจุดเด่นคือ สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าในอัตราคงที่เกือบตลอดอายุการใช้งาน และมีอายุการเก็บรักษานานเป็นปี แต่มีจุดด้อยคือ ราคาแพง และการใช้สารประกอบโลหะปรอทในแบตเตอรี ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้แบตเตอรีชนิดนี้ถูกห้ามจำหน่ายในหลายประเทศ

โครงสร้างแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์

  • ถ่านซิลเวอร์ออกไซด์

        แบตเตอรีซิลเวอร์ออก ไซด์ (silver oxide) หรืออาจจะเรียกว่า แบตเตอรีซิลเวอร์-ซิงค์ (silver-zinc battery) ก็ได้ เป็นแบตเตอรีอีกชนิดที่ใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ชนิดด่าง แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงเวลาไล่เลี่ยกับ แบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ แบตเตอรีชนิดนี้ให้แรงดันไฟฟ้า 1.6 โวลต์สูงกว่า แบตเตอรี เมอร์คิวริกออกไซด์เล็กน้อย แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์ มีส่วนประกอบคล้ายกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ คือใช้สังกะสีเป็นแอโนด กับใช้ซิลเวอร์ออกไซด์เป็นแคโทด และสามารถเลือกใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ได้ 2 ชนิดคือ สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ กับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ นอกจากนี้ยังผลิตออกมาในลักษณะเป็นก้อนขนาดเล็ก เหมือนบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ด้วย

        แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีจุดเด่นเหมือน แบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ คือ สามารถจ่ายกระแสไฟคงที่ได้อย่างต่อเนื่องเกือบตลอดอายุการใช้งาน จึงใช้ทดแทนแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ได้ อีกทั้งไม่มีส่วนผสมของสารประกอบโลหะหนัก แต่ข้อด้อยคือ แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีราคาแพง และมีอายุการใช้งานสั้นกว่าแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ (ดังแสดงในกราฟที่ 1)

กราฟที่ 1 แสดงค่าแรงดันไฟฟ้ากับเวลาที่ใช้งานแบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์ เทียบกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์
  • ถ่านลิเทียมแบบปฐมภูมิ

แบตเตอรีลิเทียมเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มี ประสิทธิภาพในการจ่ายไฟสูง สามารถให้แรงดันไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 1.5 - 4 โวลต์ขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่นำมาเป็นแคโทด แบตเตอรีลิเทียมถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกโดยกิลเบิร์ท เอ็น. ลิวอิส (Gilbert N. Lewis) ในปี ค.ศ. 1912 แต่กว่าที่นักวิทยาศาสตร ์จะสามารถพัฒนาแบตเตอรีลิเทียมให้ปลอดภัยเพียงพอ สำหรับการใช้งานจริงก็ต้องรอถึงช่วงต้นทศวรรษที่ 1970

        ด้วยเหตุที่ลิเทียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดเมื่อ เทียบกับโลหะอื่น แต่มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานสูงที่สุด อีกทั้งสามารถปลดปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่าย ดังนั้นบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรีจึงพยายามวิจัยอย่างหนัก เพื่อนำลิเทียมมาใช้ งาน แต่ลิเทียมเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ (หรือไอน้ำในอากาศ) ได้ง่ายมาก โดยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และได้ก๊าซไฮโดรเจนเป็น ผลิตภัณฑ์ออกมา ซึ่งก๊าซไฮโดรเจนสามารถระเบิดได้ ดังนั้นในกระบวนการผลิตจึงต้องกระทำในสภาพแวดล้อมที่แห้ง รวมถึงตัวเคส (case) หรือภาชนะบรรจุก็จำเป็นต้องปิดอย่างแน่นหนา เพื่อป้องกันไอน้ำในอากาศผ่าน เข้าไปทำปฏิกิริยากับโลหะภายใน

        การที่ลิเทียมทำปฏิกิริยาเคมีกับน้ำได้ดี ทำให้ไม่สามารถใช้น้ำเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ได้เหมือนเซลล์ไฟฟ้าเคมี ชนิดอื่น ดังนั้นการวิจัยส่วนหนึ่งจึงมุ่งหาตัวทำละลายอินทรีย์ (organic solvent) ที่เหมาะจะเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้แบตเตอรีลิเทียมมีความหลากหลายมากกว่าแบตเตอรีแบบอื่น การแบ่งประเภทแบตเตอรีลิเทียมสามารถจำแนกได้เป็น 3 กลุ่ม คือ

   1. แบตเตอรีลิเทียมแคโทดของเหลว (liquid cathode lithium cell) เช่น แบตเตอรีลิเทียม-ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (lithium-sulfur dioxide) แบตเตอรีลิเทียมไทโอนิลคลอไรด์ (lithium thionyl chloride)
   2. แบตเตอรีลิเทียมแคโทดของแข็ง (solid cathode lithium) เช่น แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์ (lithium-manganese oxide) แบตเตอรีลิเทียมโพลีคาร์บอนโมโนฟลูออไรด์ (lithium polycarbon monofluoride)
   3. แบตเตอรีลิเทียมอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (solid electrolyte lithium) เช่น แบตเตอรีลิเทียมไอโอดีน (lithium iodine) หรือแบตเตอรีลิเทียม-เหล็ก (lithium-iron)

โครงสร้างของแบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์

  • ถ่านลิเทียมแมงกานีสออกไซด์

         แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์เป็นแบตเตอรีลิเทียมแคโทดของแข็งชนิดหนึ่ง สามารถให้แรงดันไฟฟ้า 3 โวลต์ แบตเตอรีลิเทียมชนิดนี้ได้รับความนิยมในการใช้มากที่สุด โดยมีสัดส่วนมากถึงร้อยละ 80 ของแบตเตอรีลิเทียมในตลาดทั้งหมด แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์มีทั้งแบบเหรียญ (coin cell) และแบบก้อนทรงกระบอก

        แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์ใช้สารแมงกานีส ไดออกไซด์ผสมกับผงถ่านและสารยึดติดเพื่อทำเป็นแคโทดมีลิเทียมเปอร์คลอเรต (lithium perchlorate) ละลายในโพรพิลีนคาร์บอเนต (propylene carbonate) เป็นสารอิเล็กโทรไลต์โดยใช้แอโนดที่ทำจากแผ่นโลหะลิเทียมบาง และด้วยเหตุที่โลหะลิเทียมเกิดปฏิกิริยากับน้ำได้ดี ดังนั้นกระบวนการผลิตจึงต้องกระทำภายใต้บรรยากาศก๊าซอาร์กอนบริสุทธิ์ซึ่ง เป็นก๊าซเฉื่อย เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรีมีปริมาณน้ำเกิน 50 ส่วนในล้านส่วน (ppm)

        แบตเตอรีลิเทียมมีจุดเด่นหลายอย่างคือ น้ำหนักเบา มีค่าแรงดันไฟฟ้าสูง มีความหนาแน่นไฟฟ้าสูง มีอายุการเก็บรักษาหลายปี สามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิกว้าง และสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ได้เกือบตลอดอายุการใช้งาน แต่จุดด้อยคือ มีราคาแพง

ขอบคุณข้อมูลจาก ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ http://www.mtec.or.th


ติดตามชมเน้อหาในตอนต่อไปนะครับ





Not Rated stars เฉลี่ย : Not Rated จาก 0 ครั้ง.

งานช่าง นารู้5 อันดับล่าสุด

      รู้มั้ย ‘ล้างแอร์’ …เราก็ทำเองได้ ไม่ต้องรอช่าง 10/เม.ย./2560
      มารู้จักที่มาของน้ำบาดาลกัน 7/ธ.ค./2559
      โง่มาตั้งหลายเดือน! เปิดแอร์เร่งสุด แต่ทำไมไม่เย็นสักที 21/เม.ย./2559
      Solar Roof พลังงานสะอาดจากแสงอาทิตย์ 22/ก.ย./2558
      ป้ายจราจร เครื่องหมายจราจร ที่ผู้ใช้รถควรรู้ไว้ 27/มี.ค./2558