Home
ค้นหาศัพท์
       |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | 
       |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  | 
 

A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z

สมัครสมาชิก
เพื่อรับเอกสารเพิ่ม!

สถิติ

ผู้เยี่ยมชม: 4059330
ขณะนี้มี 17 บุคคลทั่วไป ออนไลน์
ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี ตอน 2 PDF พิมพ์

ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี ตอน 2

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์

        ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ (mercuric oxide) เป็นแบตเตอรีหรือเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพการจ่ายไฟฟ้าในอัตราคงที่สูง โดยทั่วไปถ่านชนิดนี้มีขนาดเล็ก สามารถให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 1.35 โวลต์ ซึ่งเหมาะสำหรับอุปกรณ์หรือเครื่องใช้อย่าง นาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลข เกมส์กด ฯลฯ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1950 โดย แซมมวล รูเบน (Samuel Ruben) นักประดิษฐ์อิสระ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์สามารถใช้สารเมอร์คิวริกออกไซด์ผสมสารแมงกานีสไดออกไซด์ หรือใช้เฉพาะสารเมอร์คิวริกออกไซด์เป็นแคโทดอย่างเดียวก็ได้ สำหรับแอโนดจะใช้สังกะสีในรูปโลหะผงเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวของการเกิดปฏิกิริยาเคมีให้มากขึ้น

        ในส่วนของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ก็สามารถเลือกใช้สารอิเล็กโทรไลต์ได้ 2 ชนิดด้วยกันคือ สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ (potassium hydroxide) หรือสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ความแตกต่างของการเลือกใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ทั้งสองชนิดคือ ถ่านที่ใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์จ่ายกระแสไฟได้น้อยแต่ให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ได้ดี ซึ่งเหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างเครื่องคิดเลข เครื่องช่วยฟัง (hearing aids) นาฬิกาข้อมือแบบเข็ม ส่วนถ่านที่ใช้สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะสามารถจ่ายกระแสไฟได้มากกว่า จึงเหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการกระแสไฟมากกว่า เช่น กล้องถ่ายรูปดิจิตอลที่มีไฟแฟลช หรือนาฬิกาดิจิตอลที่มีไฟเรืองแสง

        แบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์มีจุดเด่นคือ สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าในอัตราคงที่เกือบตลอดอายุการใช้งาน และมีอายุการเก็บรักษานานเป็นปี แต่มีจุดด้อยคือ ราคาแพง และการใช้สารประกอบโลหะปรอทในแบตเตอรีก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้แบตเตอรีชนิดนี้ถูกห้ามจำหน่ายในหลายประเทศ

โครงสร้างแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์

โครงสร้างแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์

ถ่านซิลเวอร์ออกไซด์

        แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์ (silver oxide) หรืออาจจะเรียกว่า แบตเตอรีซิลเวอร์-ซิงค์ (silver-zinc battery) ก็ได้ เป็นแบตเตอรีอีกชนิดที่ใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ชนิดด่าง แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงเวลาไล่เลี่ยกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ แบตเตอรีชนิดนี้ให้แรงดันไฟฟ้า 1.6 โวลต์สูงกว่า แบตเตอรี เมอร์คิวริกออกไซด์เล็กน้อย แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีส่วนประกอบคล้ายกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ คือใช้สังกะสีเป็นแอโนด กับใช้ซิลเวอร์ออกไซด์เป็นแคโทด และสามารถเลือกใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ได้ 2 ชนิดคือ สารละลายโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ กับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ นอกจากนี้ยังผลิตออกมาในลักษณะเป็นก้อนขนาดเล็กเหมือนแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ด้วย

        แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีจุดเด่นเหมือนแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ คือ สามารถจ่ายกระแสไฟคงที่ได้อย่างต่อเนื่องเกือบตลอดอายุการใช้งาน จึงใช้ทดแทนแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ได้ อีกทั้งไม่มีส่วนผสมของสารประกอบโลหะหนัก แต่ข้อด้อยคือ แบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์มีราคาแพง และมีอายุการใช้งานสั้นกว่าแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์ (ดังแสดงในกราฟที่ 1)

กราฟที่ 1 แสดงค่าแรงดันไฟฟ้ากับเวลาที่ใช้งานแบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์เทียบกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์

กราฟที่ 1 แสดงค่าแรงดันไฟฟ้ากับเวลาที่ใช้งานแบตเตอรีซิลเวอร์ออกไซด์เทียบกับแบตเตอรีเมอร์คิวริกออกไซด์

ถ่านลิเทียมแบบปฐมภูมิ

*ถ่านลิเทียมแบบปฐมภูมิ

        แบตเตอรีลิเทียมเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพในการจ่ายไฟสูง สามารถให้แรงดันไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 1.5 - 4 โวลต์ขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่นำมาเป็นแคโทด แบตเตอรีลิเทียมถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกโดยกิลเบิร์ท เอ็น. ลิวอิส (Gilbert N. Lewis) ในปี ค.ศ. 1912 แต่กว่าที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถพัฒนาแบตเตอรีลิเทียมให้ปลอดภัยเพียงพอสำหรับการใช้งานจริงก็ต้องรอถึงช่วงต้นทศวรรษที่ 1970

        ด้วยเหตุที่ลิเทียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดเมื่อเทียบกับโลหะอื่น แต่มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานสูงที่สุด อีกทั้งสามารถปลดปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่าย ดังนั้นบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรีจึงพยายามวิจัยอย่างหนักเพื่อนำลิเทียมมาใช้งาน แต่ลิเทียมเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำ (หรือไอน้ำในอากาศ) ได้ง่ายมาก โดยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนและได้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นผลิตภัณฑ์ออกมา ซึ่งก๊าซไฮโดรเจนสามารถระเบิดได้ ดังนั้นในกระบวนการผลิตจึงต้องกระทำในสภาพแวดล้อมที่แห้ง รวมถึงตัวเคส (case) หรือภาชนะบรรจุก็จำเป็นต้องปิดอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันไอน้ำในอากาศผ่านเข้าไปทำปฏิกิริยากับโลหะภายใน

        การที่ลิเทียมทำปฏิกิริยาเคมีกับน้ำได้ดี ทำให้ไม่สามารถใช้น้ำเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ได้เหมือนเซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดอื่น 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

โครงสร้างของแบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์

ถ่านลิเทียมแมงกานีสออกไซด์

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

        แบตเตอรีลิเทียมแมงกานีสออกไซด์ใช้สารแมงกานีสไดออกไซด์ผสมกับผงถ่านและสารยึดติดเพื่อทำเป็นแคโทดมีลิเทียมเปอร์คลอเรต (lithium perchlorate) ละลายในโพรพิลีนคาร์บอเนต (propylene carbonate) เป็นสารอิเล็กโทรไลต์โดยใช้แอโนดที่ทำจากแผ่นโลหะลิเทียมบาง และด้วยเหตุที่โลหะลิเทียมเกิดปฏิกิริยากับน้ำได้ดี ดังนั้นกระบวนการผลิตจึงต้องกระทำภายใต้บรรยากาศก๊าซอาร์กอนบริสุทธิ์ซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อย เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรีมีปริมาณน้ำเกิน 50 ส่วนในล้านส่วน (ppm)

        แบตเตอรีลิเทียมมีจุดเด่นหลายอย่างคือ น้ำหนักเบา มีค่าแรงดันไฟฟ้าสูง มีความหนาแน่นไฟฟ้าสูง มีอายุการเก็บรักษาหลายปี สามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิกว้าง และสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ได้เกือบตลอดอายุการใช้งาน แต่จุดด้อยคือ มีราคาแพง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

< ก่อนหน้า   ถัดไป >