logo IPST4 IPST4
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • learning space
  • ระบบอบรมครู
  • ระบบการสอบออนไลน์
  • ระบบคลังความรู้
  • สสวท.
  • สำนักงานสลากกินแบ่ง
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • E-Books อื่นๆ
  • Apps
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • คำถามที่พบบ่อย
  • สมัครสมาชิก
  • Forgot your password?
ค้นหา
    
ค้นหาบทความ
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
เลือกหมวดหมู่
    
  • บทความทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ

แบตเตอรี่: ตอนที่ 2 อุปกรณ์ให้พลังงานแห่งอนาคต

โดย :
รักษพล ธนานุวงศ์
เมื่อ :
วันอังคาร, 26 ตุลาคม 2564
Hits
30694

            ในอนาคตที่โลกต้องเผชิญปัญหาการขาดแคลนพลังงานเพิ่มขึ้น และปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์ทำให้ปริมาณแก๊สเรือนกระจกในขั้นบรรยากาศโลกเพิ่มสูงขึ้น แบตเตอรี่จะเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการจัดเก็บและการสำรองแหล่งพลังงานสะอาดที่ไม่เสถียรเช่นพลังงานแสงอาทิตย์ หรือ พลังงานลม เพื่อนำพลังงานเหล่านี้มาใช้ในเวลาที่ไม่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานเหล่านี้ได้ เช่น ในเวลากลางคืนที่ไม่มีแสงแดด หรือในเวลาที่มีลมพัดไม่แรงเพียงพอในอนาคต เมื่อยานพาหนะต่าง ๆ ไต้เปลี่ยนมาใช้พลังงานไฟฟ้าในการขับเคลื่อน แบตเตอรี่จะเป็นแหล่งจ่ายพลังงานสำคัญในภาคการคมนาคมขนส่งนอกจากนี้ เมื่อโลกเข้าสู่ยุคที่สิ่งต่าง ๆ รอบตัวสามารถเชื่อมต่อและแลกเปลี่ยนข้อมูลกันได้ หรือที่เรียกว่ายุคของ "อินเทอร์เน็ตในทุกสรรพสิ่ง" หรือ Internet of Things จำนวนแบตเตอรี่ที่ต้องใช้ในการให้พลังงานหล่อเลี้ยงเครื่องใช้ต่าง ๆ เหล่านี้จะเพิ่มจำนวนขึ้นอีกมาก ดังนั้นการเรียนรู้เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของแบตเตอรี่ รวมทั้งแนวทางการใช้แบตเตอรี่อย่างถูกต้อง ปลอดภัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมจึงเป็นเรื่องสำคัญในการดำรงชีวิตในอนาคต

            จากบทความ "แบตเตอรี่ อุปกรณ์ให้พลังงานแห่งอนาคต ตอนที่ 1"ในนิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 201  ที่ได้กล่าวถึง นิยามและประวัติของการค้นพบและการพัฒนาแบตเตอรี่แล้วในตอนที่ 2 นี้จะกล่าวถึงชนิดของแบตเตอรี่ และ ปฏิกิริยาเคมีในแบตเตอรี่ขนิดต่าง ๆ ที่ทุกคนคุ้นเคย

ชนิดของแบตเตอรี่

            เมื่อพิจารณาตามลักษณะของอิเล็กโทรไลต์สามารถแบ่งแบตเตอรี่ใด้ 2 ซนิด ได้แก่

  1. แบตเตอรี่แห้ง (dry cell) ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีลักษณะเป็นแป้งเปียก (paste) ซึ่งมีความชื้นพอดีสำหรับให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านได้แบตเตอรี่แห้งสามารถนำไปใช้งานได้ไม่ว่าจะมีการจัดวางในลักษณะใด เพราะไม่มีสารที่เป็นของเหลวที่จะหกหรือรั่วออกมาข้างนอกแบตเตอรี่
  2. แบตเตอรี่น้ำ (wet cell หรือ storage battery) ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีสถานะเป็นของเหลวบางชนิดสามารถอัดประจุ หรือ ซาร์จได้ เช่นแบตเตอรี่ตะกั่วกรตในรถยนต์

            นอกจากนี้ ถ้าพิจารณาตามลักษณะการใช้งานของแบตเตอรี่ สามารถแบ่งแบตเตอรี่ใด้ 2 ซนิด คือ

  1. แบตเตอรี่ปฐมภูมิ (primary battery)เป็นแบตเตอรี่ที่เมื่อผ่านการใช้งานแล้ว จะไม่สามารถนำกลับมาซาร์จเพื่อนำมาใช้อีกครั้งได้เช่น แบตเตอรี่แบบอัลคาไลน์ หรือ แบตเตอรี่แบบลิเทียม หรือ ที่เรียกด้วยคำทั่วไปว่า "ถ่าน"สำหรับใช้ในวิทยุ นาฬิกา หรือ รีโมทโทรทัศน์
  2. แบตเตอรี่ทุติยภูมิ (secondary battery) เป็นแบตเตอรี่ที่เมื่อผ่านการใช้งานแล้ว สามารถนำมาซาร์จเพื่อนำกลับมาใช้งานได้ใหม่ ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน (Li-ion) ที่ใช้ในโทรศัพท์เคลื่อนที่ หรือโนัตบุ๊กคอมพิวเตอร์ หรือแบตเตอรี่รถยนต์

            แบตเตอรี่ทุติยภูมิ มีทั้งแบบน้ำและแบบแห้ง ชนิดที่นิยมใช้ ได้แก่ แบตเตอรี่แบบตะกั่วกรด แบตเตอรี่แบบลิเทียมหรือลิเทียมไอออน และ แบตเตอรี่แบบนิกเกิซึ่งแต่ละชนิดมีปฏิกิริยาเคมีภายในและลักษณะการใช้งานแตกต่างกันตังนี้

            แบตเตอรี่แบบตะกั่วกรด (lead-acid  battery) ส่วนใหญ่ประกอบตัวยเซลล์ 6 เซลล์ซึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเซลล์ละ 2 โวลด์ มีขั้ว (electrode) ทำจากตะกั่ว เมื่อมีการอัดประจุหรีอซาร์จ แผ่นตะกั่วที่เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่จะทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเป็นกรดซัลฟิวริก (H2SO4) จะทำให้ใด้ Pb2+ ซึ่งจะรวมกับออกซิเจน ทำให้ได้เลด (IV) ออกไซด์ดังสมการเคมี

battery 01

            จากนั้น แผ่นตะกั่วที่มี PbO2 จะทำหน้าที่เป็นแอโนดในขณะที่แผ่นตะกั่วอีกแผ่น จะทำหน้าที่เป็นแคโทด ซึ่งมีปฏิกิริยาเคมีที่จ่ายกระแลไฟฟ้าและการซาร์จดังนี้

battery 02

battery 03

รูปที่ 1 ตัวอย่างแบตเตอรี่แบบตะกั่วกรด (lead-acid battery)

 

            แบตเตอรี่ชนิดนี้ นิยมใช้ในยานพาหนะชนิดต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น รถ เรือ จักรยานยนต์ นอกจากนี้ ยังนิยมใช้ในเครื่องสำรองไฟฟ้าและปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (UPS) และอุปกรณ์สำหรับกักเก็บพลังงานในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

            การจัดการกับแบตเตอรี่แบบตะกั่วกรดที่เสื่อมสภาพแล้ว ต้องมีการจัดการที่ถูกวิธี เนื่องจากตะกั่วและกรดเป็นสารที่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต ผู้ใช้อาจนำแบตเตอรี่แบบตะกั่วกรดที่เสื่อมสภาพแล้วไปขายให้ร้านรับซื้อของเก่า หรือ นำไปให้ร้านขายแบตเตอรี่ เมื่อซื้อแบตเตอรี่ใหม่เพื่อให้ร้านนำไปรึไซเคิลต่อไป

battery 04

รูปที่ 2 ภาพแสดงส่วนประกอบของแบตเตอรี่แบบตะกั่วกรดที่ใช้ในรถยนต์ทั่วไป

            แบตเตอรี่แบบลิเทียม หรือ แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน (lithium-ion หรือ Li-ion) ใช้ลิเทียมเป็นองค์ประกอบภายในของแบตเตอรี่เนื่องจากลิเทียมเป็นธาตุที่มีความสามารถในการให้อิเล็กตรอนได้ดีที่สุด แบตเตอรี่ชนิดนี้มีจุดโดดเด่นที่มีน้ำหนักเบา มีความจุต่อน้ำหนักสูง และไม่มี memory effect ที่ทำให้การอัดประจุเข้าใหม่ขณะที่ยังมีประจุไฟฟ้าเดิมค้างอยู่ซึ่งส่งผลให้แบตเตอรี่ไม่สามารถชาร์จได้ความจุสูงสุดที่เคยมีได้

            ขั้วบวกหรือแคโทดของแบตเตอรี่แบบลิเทียมไอออนทำจากสารประกอบที่มีลิเทียม ไม่ว่าจะเป็น Lithium Cobalt Oxide (LiCoO,) Lithium Manganese Oxide (LiMn,O ) Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) โดยแต่ละชนิด จะให้สมบัติของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่แตกต่างกัน

            ขั้วลบหรือแอโนดของแบตเตอรี่ ทำจากแกรไฟต์ซึ่งเป็นผลึกของธาตุคาร์บอน ส่วนอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายอินทรีย์ที่มีส่วนผสมของเกลือลิเทียม

            สำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่เป็นที่นิยมมากที่สุดที่ใช้ในโทรศัพท์เคลื่อนที่ แท็บเล็ต และโน้ตบุ๊ก คอมพิวเตอร์ คือแบบที่แคโทดทำจาก Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) ซึ่งจะมีปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเวลามีการจ่ายกระแสไฟฟ้าและการชาร์จดังนี้ (ให้ x เป็นจำนวนโมล)

battery 05

            แบตเตอรี่ชนิดนี้นิยมใช้ในอุปกรณ์พกพาต่าง ๆ เช่นโทรศัพท์เคลื่อนที่ แท็บเล็ต และโน้ตบุ๊ก คอมพิวเตอร์ รวมทั้งในรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้า รถยนต์ประเภทไฮบริดการจัดการกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้แล้ว สามารถทิ้งรวมกับขยะทั่วไปได้ แต่เนื่องจากสารต่าง ๆ ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ถ้ามีจุดรวบรวมแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วเพื่อนำไปรึไซเคิล ในบริเวณพื้นที่ใกล้เคียงให้นำแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนไปทิ้งที่จุดรับทิ้ง

battery 06

รูปที่ 3 ตัวอย่างแบตเตอรี่แบบลีเทียมไอออน (Li-ion)

            แบตเตอรี่แบบนิกเกิล (nickel-based battery) ขั้วบวกหรือแคโทดของแบตเตอรี่นิกเกิลทำจากสารประกอบของนิกเกิล (III) ซึ่งส่วนใหญ่ได้แก่ นิกเกิลออกไซด์ไฮดรอกซด์ (NiO(OH)) เคลือบอยู่บนโลหะนิกเกิล ในขณะที่ขั้วลบหรือแอโนด ทำจากสารเคมีที่แตกต่างกัน เช่น แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม (NiCd หรือ Ni-Cd) ใช้โลหะแคดเมียมเป็นแอโนด ส่วนแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดร์ (NIMH หรือ Ni-MH) ใช้โลหะผสม หรือ อัลลอย (alloy) ที่มีสมบัติดูดซับไฮโดรเจนเป็นแอโนดส่วนอิเล็กโทรไลต์เป็นสารแอลคาไลน์ ซึ่งส่วนใหญ่คือ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อมีการจ่ายกระแไฟฟ้าและการชาร์จ เป็นดังนี้ (ให้ x เป็นจำนวนโมล)

battery 07

            แบตเตอรี่ชนิดนี้นิยมใช้ในอุปกรณ์พกพาต่าง ๆ เช่น เครื่องคิดเลข กล้องถ่ายรูป เลเซอร์ชนิดไร้สาย การจัดการกับแบตเตอรี่นิกเกิลที่ใช้แล้ว ควรแยกเป็นขยะที่เป็นพิษ เนื่องจาก แคดเมียมเป็นโลหะหนักที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต จากนั้นให้นำไปทิ้งในจุดรับทิ้งของหน่วยงานห้างร้าน หรือ จุดรวบรวมแบตเตอรี่ที่ใช้แล้ว เพื่อให้ผู้ที่เกี่ยวข้องได้ดำเนินการกำจัดอย่างถูกวิธีต่อไป

battery 08

รูปที่ 4 ตัวอย่างแบตเตอรี่แบบนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (NiIMH)

            ในตอนที่ 3 ของบทความ "แบตเตอรี่อุปกรณ์ให้พลังงานแห่งอนาคต" จะกล่าวถึงแนวทางการใช้แบตเตอรี่ให้มีประสิทธิภาพและปลอดภัยรวมทั้งการพิจารณาสาเหตุการระเบิดของแบตเตอรี่ในโทรศัพท์เคลื่อนที่ หรือ เครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ และแนวทางการป้องกัน

 

battery 09

รูปที่ 5  ตัวอย่างแบตเตอรี่บวม

ที่มา http://www.whatphone.net/wp-content/uploads/2014/06/1280px-expanded_lithium-ion_polymer_battery_from_a_apple_iphone_3gs.jpg

 

            บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://magazine.ipst.ac.th/

 

บรรณานูกรม

Buchman, I. (2015). Battery University. Retrieved December 4, 2016, from http://batteryuniversity.com.

Rechargeable Battery Recycling Corporation & National Geographic Society. Battery Lesson Plan. Retrieved December 4, 2016, from http://www.panasonic.com/environmental/rbrc._lesson_plan.pdf.สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคนโลยี. (2556). หนังสือเรียน รายวิชาเพิ่มเติม เคมี เล่ม 4 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 - 6.กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์องค์การค้าของ สกสค.

หัวเรื่อง และคำสำคัญ
พลังงาน, แบตเตอรี่, ไฟฟ้า, แหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้า
ประเภท
Text
ลิขสิทธิ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
ผู้แต่ง หรือ เจ้าของผลงาน
รักษพล ธนานุวงศ์
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
ฟิสิกส์
ระดับชั้น
ปฐมวัย
ป.1
ป.2
ป.3
ป.4
ป.5
ป.6
ม.1
ม.2
ม.3
ม.4
ม.5
ม.6
ช่วงชั้น
ทุกช่วงชั้น
ปฐมวัย
ประถมศึกษาตอนต้น
ประถมศึกษาตอนปลาย
มัธยมศึกษาตอนต้น
มัธยมศึกษาตอนปลาย
กลุ่มเป้าหมาย
ครู
นักเรียน
บุคคลทั่วไป
  • 12467 แบตเตอรี่: ตอนที่ 2 อุปกรณ์ให้พลังงานแห่งอนาคต /article-physics/item/12467-2-2
    เพิ่มในรายการโปรด
  • ให้คะแนน
    Average rating
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • Share
    • Tweet
    • Share

  • คำที่เกี่ยวข้อง
    แหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้า ไฟฟ้า เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบตเตอรี่ พลังงาน
คุณอาจจะสนใจ
บอกเล่าประสบการณ์ของการเยี่ยมชมโรงไฟฟ้าที่ประเทศจีน
บอกเล่าประสบการณ์ของการเยี่ยมชมโรงไฟฟ้าท...
Hits ฮิต (1060)
ให้คะแนน
เมื่อไม่นานมานี้ คณะนักวิชาการ สาขาวิทยาศาสตร์มัธยมศึกษาตอนต้น สสวท.จำนวน 11 คน ร่วมกับคณาจารย์จากส ...
แบตเตอรี่: ตอนที่ 1 อุปกรณ์พลังงานแห่งอนาคต
แบตเตอรี่: ตอนที่ 1 อุปกรณ์พลังงานแห่งอน...
Hits ฮิต (19777)
ให้คะแนน
ในอนาคตอันใกล้ เราจะเข้าสู่ยุคที่สิ่งต่าง ๆ รอบตัวเราสามารถเชื่อมต่อและสื่อสารกันได้ หรือที่เรียกว่ ...
จากแบตเตอรี่วอลตาถึงแบตเตอรี่นาโน
จากแบตเตอรี่วอลตาถึงแบตเตอรี่นาโน
Hits ฮิต (1253)
ให้คะแนน
อเลสซานโดร วอลตา (Alessandro Volta) เกิดเมื่อ วันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ.2288 ในอิตาลี บิดาเป็นนักเทศ ...
ค้นหาบทความ
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
  • บทความทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ
  • เกี่ยวกับ SciMath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
  • คำถามที่พบบ่อย
Scimath คลังความรู้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด

The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.

Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved. 
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)