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 1 อุปกรณ์พลังงานแห่งอนาคต

โดย :
รักษพล ธนานุวงศ์ และ ดร.ปรีดา พัชรมณีปกรณ์
เมื่อ :
วันอังคาร, 17 พฤษภาคม 2565
Hits
7861

            ในอนาคตอันใกล้ เราจะเข้าสู่ยุคที่สิ่งต่าง ๆ รอบตัวเราสามารถเชื่อมต่อและสื่อสารกันได้ หรือที่เรียกว่า "อินเทอร์เน็ตในทุกสรรพสิ่ง" หรือ Internet of Things (อดิศร เตือนตรานนท์, 2557) ซึ่งจะส่งผลให้การดำรงชีวิตของผู้คนมีความสะดวกสบายยิ่งขึ้นอีก ซึ่งอุปกรณ์พื้นฐานที่สำคัญของ "สรรพสิ่ง" อันขาดไม่ได้คือ "แบตเตอรี่" ที่ใช้กักเก็บและให้พลังงานเพื่อหล่อเลี้ยงอุปกรณ์และเครื่องใช้จำนวนหลายล้านชิ้นให้ทำงานได้ตามที่ต้องการ

 

batterypt1 01

รูปที่ 1 (ซ้ายมือ แผนภาพแสดงการเชื่อมโยงของสรรพสิ่ง ในยุค "อินเทอร์เน็ในทุกสรรพสิ่ง"
และ (ขวามือบน) การใช้แบตเตอรี่สำหรับจัดเก็บพลังงานทดแทน
และ (ขวามือล่าง) แบตเตอรี่ของรถไฟฟ้า Tesla Model S

ที่มา:  Jack Wallen: http://www.energy.gov, http://insideevs.com/

            นอกจากแบตเตอรี่จะมีความสำคัญในยุคอินเทอร์เน็ตในทุกสรรพสิ่งแล้ว ในอนาคตที่โลกต้องเผชิญปัญหาความต้องการด้านพลังงานและปัญหาสภาวะโลกร้อน แบตเตอรี่ยังเป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับเก็บสำรองพลังงานสะอาดที่ไม่เสถียร เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ หรือ พลังงานลม ไว้ใช้ในยามที่โลกไม่สามารถผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานเหล่านี้ได้ จากความก้าวหน้าของพัฒนาการเทคโนโลยีแบตเตอรี่ การใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับการขับเคลื่อนยานพาหนะที่เริ่มมีจำนวนมากขึ้นตลอดเวลา

            การเรียนรู้เพื่อเข้าใจเรื่องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของแบตเตอรี่ รวมทั้งแนวทางการใช้แบตเตอรี่อย่างถูกต้อง ปลอดภัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม จึงเป็นเรื่องที่มีความสำคัญในการดำรงชีวิตทั้งในปัจจุบันและในอนาคต

แบตเตอรี่คืออะไร

            แบตเตอรี่คือ อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมี (electrochemical cell) ตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไป โดยแต่ละเซลล์มีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้า จึงสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีที่มีสะสมเป็นพลังงานไฟฟ้าได้

            เซลล์ไฟฟ้าเคมี (electrochemical cell) ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (electrode) อย่างน้อยสองขั้วที่ทำจากวัสดุที่นำไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นของเหลวเมื่อมีการต่อขั้ทั้งสองขั้วของเซลล์ไฟฟ้าเคมีด้วยตัวนำไฟฟ้าเช่น สายไฟ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งโดยทิศทางการเคลื่อนที่จะขึ้นกับสมบัติของขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่องระหว่างขั้วทั้งสองของเซลล์ไฟฟ้าเคมีผ่านตัวนำ ทำให้เกิด"กระแสไฟฟ้า" ที่นำไปใช้งานได้

            เพื่อให้เข้าใจชัดเจนยิ่งขึ้น นักเรียนสามารถชมคลิปวีดิทัศน์แสดงการทำงานของเซลล์ไฟฟ้าเคมีได้ที่เว็บไซต์ https://youtu.be/C26pH8kC_Wk

            แบตเตอรี่ นอกจากจะประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีการต่อกันแล้ว ยังมีตัวแบ่ง (separator) ที่ทำหน้าที่คั่นระหว่างขั้วไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่นำมาต่อกันเพื่อไม่ให้ทำปฏิกิริยากัน ดังนั้น โดยสรุปองค์ประกอบหลักของแบตเตอรี่มี 4 องค์ประกอบหลัก ได้แก่

  1. ขั้วลบ หรือ แอโนด (anode) เป็นขั้วที่เมื่อทำปฏิกิริยาเคมีกับอิเล็กโทรไลต์แล้วจะให้อิเล็กตรอน
  2. ขั้วบวก หรือ แคโทด (cathode) เป็นขั้วที่เมื่อทำปฏิกิริยาเคมีกับอิเล็กโทรไลต์แล้ว จะเกิดสมบัติในการดึงดูดอิเล็กตรอน
  3. อิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) เป็นสารที่อาจอยู่ในสถานะใดก็ได้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารละลายที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุที่พร้อมเคลื่อนที่หรือนำกระแสไฟฟ้า
  4. ตัวแบ่ง (separator) เป็นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าทำหน้าที่แบ่งคั่นระหว่างขั้วสองขั้ว

สัญลักษณ์ของแบตเตอรี่ในแผนภาพแสดงวงจรไฟฟ้าคือ

batterypt1 02

โดยที่เส้นยาวบางระบุขั้วบวก ส่วนเส้นสั้นหนาระบุขั้วลบ

 

batterypt1 03

รูปที่ 2 (บน) เซลล์ฟฟ้าเคมีที่มีการต่อขั้วทั้งสองกับหลอดไฟ และ (ล่าง) ภาพตัดแสดงส่วนประกอบของถ่านไฟฉาย
ซึ่งเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีแท่งแกรไฟต์ที่อยู่ตรงกลางและกล่องสังกะสีเป็นขั้วไฟฟ้าแต่ละขั้ว
และมีอิเล็กโทรไลด์ที่มีลักษณะเป็นของผสมเหนียวขึ้น ประกอบด้วยส่วนผสมของสารหลายชนิด

ที่มา: หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม เคมี เล่ม 4 ขั้น ม.4-6 สสวท.

ประวัติการค้นพบและการพัฒนาของแบตเตอรี่

            จากหลักฐานการค้นพบทางโบราณคดี ทำให้มีการคาดการณ์ว่า มนุษย์ได้มีการประดิษฐ์แบตเตอรี่เมื่อกว่า 2,000 ปีก่อนนี้ โดยแบตเตอรี่ที่ค้นพบอยู่ในประเทศอิรัก มีลักษณะเป็นไหที่ทำด้วยดินเหนียว โดยมีท่อกลวงฃเป็นทรงกระบอกทองแดงติดตั้งที่ตรงกลางไห และมีแท่งเหล็กอยู่ตรงแกนกลางของท่อ

 

batterypt1 04

รูปที่ 3 ภาพของแบตเตอรี่ที่ใช้เมื่อประมาณ 2,000 กว่าปีที่แล้ว
ที่มา: https://wiredweirdworld.wordpress.com

            ในปี ค.ศ. 1791 กัลวานี (Luigi Galvani) ได้สังเกตเห็นว่า เมื่อเขาใช้แท่งโลหะยาวจิ้มที่ขาของกบที่เสียชีวิตแล้วขาของกบจะกระตุก เขาจึงคิดว่า การจิ้มขากบด้วยแท่งโลหะเป็นการให้ "ลังชีวิต" แก่กบ ในภายหลัง เขาได้เรียนรู้ว่าเนื่องจากตัวกบที่เสียชีวิตแล้วนั้นวางอยู่บนแผ่นโลหะ ที่ต่างชนิดกับแท่งโลหะ เมื่อใช้แท่งโลหะสัมผัส ขากบจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหล ขากบจึงกระตุก

 

batterypt1 05

รูปที่ 4 กัลวานี (Luigi Galvan) นักฟิสิกส์และแพทย์ชาวอิตาเลียน (ค.ศ. 1737-1798)
ที่มา: http://www.museopalazzopoggi.unibo.it

            ในปี ค.ศ. 1799 เมื่อวอลตา (Alessandro Volta) นักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียน ทราบผลการทดลองของกัลป์วานี เขาได้พิจารณาเห็นว่า สาเหตุที่ทำให้ขากบกระตุกเนื่องจากการมีปฏิกิริยาเคมีบางอย่างระหว่างแท่งโลหะที่นำมาจิ้มขากบกับแผ่นโลหะที่ใช้วางตัวกบ เขาจึงทดลองนำแผ่นโลหะต่างชนิดกันสองแผ่นมาแนบที่ลิ้นด้านบนและลิ้นด้านล่างในปากของเขาเพื่อทดสอบปฏิกิริยาของลิ้นต่อสิ่งที่ไหลระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง ผลปรากฏว่าลิ้นของเขารับรู้ของเหลวที่มีรสชาติเหมือนกรด

 

batterypt1 06

รูปที่ 5 วอลดา (Alessandro Volta) นักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียน (ค.ศ. 1745 - 1827)
ที่มา:  http://www.anthroposophie.net/

 

batterypt1 07

รูปที่ 6 Voltaic pile ในพิพิธภัณฑ์แสดงงานของวอลตาที่เมืองโคโม ประเทศอิตาลี (ภาพโดย GuidoB)
ที่มา:  https://en.wikipedia.org/

 

            ต่อมา เขาได้ทดลองนำกระดาษที่เปียกชุ่มด้วยน้ำเกลือมาเป็นวัสดุแทนลิ้นของเขา แล้วนำแผ่นโลหะ 2 ชนิดได้แก่ สังกะสี และ เงิน มาประกบ จากนั้นนำวัสดุทั้งสองมาวางซ้อนกันเป็นชั้น ๆ หลายชั้น และได้เชื่อมต่อส่วนบนสุดของชั้นกับส่วนล่างสุดด้วยลวดโลหะ เขาพบว่า อุปกรณ์นี้สามารถให้กำเนิดกระแสไฟฟ้าได้

            อุปกรณ์ของวอลตา ต่อมาได้รับการตั้งชื่อว่า Voltaic pile ซึ่งถือได้ว่าเป็นซลล์ไฟฟ้าเคมีเซลล์แรกของโลกในเวลาต่อมา วอลตาได้พัฒนา Voltaic pile ให้จ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างเสถียรยิ่งขึ้น และนานมากขึ้น ด้วยการเปลี่ยนคู่แผ่นโลหะเป็นสังกะสีกับทองแดง และเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์เป็นกรดซัลฟิวริกผสมกับน้ำ หรือน้ำเกลือ ซึ่งสามารถเขียนสมการปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นได้ดังนี้

batterypt1 08

 

batterypt1 09

รูปที่ 7 แผนภาพแสดงส่วนประกอบของ Voltage pile (ภาพโดย Luigi Chiesa)
ที่มา: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltaic_pile

 

            ในปี ค.ศ. 1836 แดเนียล (John F. Daniell นักเคมีชาวอังกฤษได้พัฒนาเซลล์ไฟฟ้าเคมีเป็นการต่อยอด Voltage pileเซลล์ดังกล่าวจึงมีชื่อว่า Daniel cel ซึ่งประกอบด้วยหม้อที่ทำด้วยทองแดงบรรจุสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ในหม้อมีภาชนะที่ทำด้วยกระเบื้อง ในภาชนะมีกรดซัลฟูริกและแผ่นสังกะสีจุ่มอยู่ ดังแสดงในรูปที่ 9

batterypt1 10

รูปที่ 8 Daniell cell
ที่มา: https://en.wikipedia.org/wiki/Daniell_cell

 

batterypt1 11

รูปที่ 9 ภาพวาดแสดงส่วนประกอบของ Daniell cell

 

            เซลล์ไฟฟ้ของแดเนียลให้กระแสไฟฟ้ที่เสถียรกว่าและนานกว่าเซลล์ของวอลตา จึงกลายเป็นแบตเตอรี่มาตรฐานของวการอุตสาหกรรมในสมัยนั้น และเป็นเซลล์ฟฟ้าเซลล์แรกที่สามารถนำไปใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ได้จริง โดยเฉพาะในการนำไปใช้กับเครื่องโทรเลข

            อย่างไรก็ตาม เซลล์ไฟฟ้าเคมีในแบตเตอรี่ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายมีความเสี่ยงสูงต่อการรั่วไหลของกระแสไฟสู่ภายนอก อีกทั้งภาชนะที่ใช้บรรจุเซลล์ไฟฟ้าเคมีแบบมีอิเล็กโทรไลต์มักทำด้วยแก้ว จึงทำให้เสี่ยงต่อการแตกเสียหาย เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ได้รับการพัฒนา ในช่วงแรกนี้ จึงไม่เหมาะสมกับการนำมาใช้ในอุปกรณ์พกพาต่าง ๆ

            จนกระทั่งในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 จึงได้มีการประดิษฐ์เซลล์ไฟฟ้าเคมีแบบที่ใช้อิเล็กโทรไลต์เป็นสารที่มีลักษณะเป็นแป้งเปียก (paste) ส่งผลให้มีการนำเซลล์ไฟฟ้าเคมีแบบนี้ไปใช้กับอุปกรณ์พกพาได้เป็นอย่างดี ในตอนที่ 2 จะกล่าวถึง ชนิดของแบตเตอรี่ และ ปฏิกิริยาเคมีในแบตเตอรี่ชนิดต่าง ๆ  ที่ทุกคนคุ้นเคย รวมทั้งแนวทางการใช้แบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย

 

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

 

บรรณานุกรม

Buchman, I. Battery University. Retrieved June 2, 2016, from http://batteryuniversity.com/.

Rechargeable Battery Recycling Corporation & National Geographic Society. Battery Lesson Plan. Retrieved June 2, 2016, from http://www.panasonic.com/environmental/rbrc_lesson_plan.pdf.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2556). หนังสือเรียน รายวิชาเพิ่มเติม เคมี เล่ม 4 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 - 6.กรุงเทพมหานคร: โรงพิมพ์องค์การค้า สกสค.

อดิสร เตือนตรานนท์. (2557). อินเทอร์เน็ตในทุกสรรพสิ่ง. กรุงเทพธุรกิจ (เทคโนโลยีปริทรรศน์), หน้า 9.

หัวเรื่อง และคำสำคัญ
แบตเตอรี่, เซลล์ไฟฟ้าเคมี, พลังงานไฟฟ้า
ลิขสิทธิ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
ผู้แต่ง หรือ เจ้าของผลงาน
รักษพล ธนานุวงศ์ และ ดร.ปรีดา พัชรมณีปกรณ์"
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
ฟิสิกส์
ระดับชั้น
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
ประถมศึกษาตอนต้น
ประถมศึกษาตอนปลาย
มัธยมศึกษาตอนต้น
มัธยมศึกษาตอนปลาย
กลุ่มเป้าหมาย
ครู
บุคคลทั่วไป
  • 12582 แบตเตอรี่: ตอนที่ 1 อุปกรณ์พลังงานแห่งอนาคต /article-physics/item/12582-1-2
    เพิ่มในรายการโปรด
  • ให้คะแนน
    Average rating
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • Share
    • Tweet
    • Share

  • คำที่เกี่ยวข้อง
    เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบตเตอรี่ พลังงานไฟฟ้า
คุณอาจจะสนใจ
แบตเตอรี่: ตอนที่ 2 อุปกรณ์ให้พลังงานแห่งอนาคต
แบตเตอรี่: ตอนที่ 2 อุปกรณ์ให้พลังงานแห่...
Hits ฮิต (17333)
ให้คะแนน
ในอนาคตที่โลกต้องเผชิญปัญหาการขาดแคลนพลังงานเพิ่มขึ้น และปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เป็นผลม ...
เทคโนโลยีที่น่าสนใจกับการมาของรถยนต์ไฟฟ้าไทย
เทคโนโลยีที่น่าสนใจกับการมาของรถยนต์ไฟฟ้...
Hits ฮิต (11486)
ให้คะแนน
”ยุคแห่งยานยนต์ไฟฟ้า” เข้าใกล้คำว่าเต็มรูปแบบขึ้นมาทุกที เพราะก็มีรถยนต์ไฟฟ้าได้ถูกนำมาใช้งานกันอย่ ...
จากแบตเตอรี่วอลตาถึงแบตเตอรี่นาโน
จากแบตเตอรี่วอลตาถึงแบตเตอรี่นาโน
Hits ฮิต (866)
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)