เพื่อนร่วมชั้น

คนแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยบังเอิญเมื่อปลายศตวรรษที่ 17 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Luigi Galvani ที่จริงแล้ว เป้าหมายของการวิจัยของกัลวานีไม่ใช่การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่แต่อย่างใด แต่เพื่อศึกษาปฏิกิริยาของสัตว์ทดลองต่อสิ่งที่แตกต่างกัน อิทธิพลภายนอก- โดยเฉพาะปรากฏการณ์การเกิดขึ้นและการไหลของกระแสถูกค้นพบเมื่อแถบสองแถบ โลหะที่แตกต่างกันไปจนถึงกล้ามเนื้อขากบ กัลวานีพัฒนาคำอธิบายทางทฤษฎีที่ไม่ถูกต้องสำหรับกระบวนการสังเกต แต่การทดลองของเขากลายเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีอีกคนหนึ่งอเลสซานโดรโวลตาซึ่งเป็นผู้กำหนดแนวคิดหลักของการประดิษฐ์ - สาเหตุของการเกิดกระแสไฟฟ้าคือ ปฏิกิริยาเคมีซึ่งมีแผ่นโลหะเข้ามามีส่วนร่วม เพื่อยืนยันทฤษฎีของเขา โวลต์ได้สร้างอุปกรณ์ง่ายๆ ซึ่งประกอบด้วยแผ่นสังกะสีและทองแดงจุ่มลงในภาชนะที่มีน้ำเกลือ อุปกรณ์นี้เป็นเครื่องแรกในโลก องค์ประกอบอิสระแหล่งจ่ายไฟและเป็นต้นกำเนิดของแบตเตอรี่สมัยใหม่ซึ่งเรียกว่าเซลล์กัลวานิกเพื่อเป็นเกียรติแก่ลุยจิ กัลวานี

ทันสมัย แหล่งที่มาอิสระแหล่งจ่ายไฟภายนอกมีความเหมือนกันเล็กน้อยกับอุปกรณ์ที่สร้างโดย Alessandro Volta แต่หลักการพื้นฐานยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แบตเตอรี่ใด ๆ ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสามประการ - อิเล็กโทรดสองตัวที่เรียกว่าแอโนดและแคโทดและอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ระหว่างพวกมัน การเกิดกระแสไฟฟ้าเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้า กระแสไฟขาออก แรงดันไฟฟ้า และพารามิเตอร์อื่นๆ ของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับวัสดุแอโนด แคโทด และอิเล็กโทรไลต์ที่เลือก รวมถึงการออกแบบของแบตเตอรี่ด้วย แบตเตอรี่ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ - ระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษา ในแบตเตอรี่หลัก ปฏิกิริยาเคมีไม่สามารถย้อนกลับได้ และในแบตเตอรี่รอง ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้ ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบรองซึ่งเรารู้จักกันในชื่อ จึงสามารถกู้คืน (ชาร์จ) และใช้งานได้อีกครั้ง

จุดเริ่มต้นของการผลิตทางอุตสาหกรรมสำหรับแหล่งสารเคมีหลักในปัจจุบันเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2408 โดยชาวฝรั่งเศส J. L. Leclanche ผู้เสนอเซลล์แมงกานีส-สังกะสีที่มีอิเล็กโทรไลต์เกลือ ในปี พ.ศ. 2423 F. Lalande ได้สร้างเซลล์แมงกานีส-สังกะสีที่มีอิเล็กโทรไลต์ที่ข้นขึ้น ต่อจากนั้นองค์ประกอบนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ การปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญได้มาจากการใช้แมงกานีสไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าที่แคโทดและซิงค์คลอไรด์ในอิเล็กโทรไลต์ จนถึงปี ค.ศ. 1940 เซลล์เกลือแมงกานีส-สังกะสีเป็นเพียงแหล่งเคมีหลักเพียงแหล่งเดียวที่ใช้ในปัจจุบัน แม้จะมีการปรากฏของกระแสหลักอื่นๆ ตามมาด้วย มากขึ้นด้วย ประสิทธิภาพสูงเซลล์เกลือแมงกานีส-สังกะสีถูกนำมาใช้ในระดับกว้างมาก สาเหตุหลักมาจากต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในการออกแบบแบตเตอรี่ (และอุปกรณ์ใดๆ ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่) คือการบรรลุถึงความจุเฉพาะสูงสุดสำหรับเซลล์ที่มีขนาดและน้ำหนักที่กำหนด (ขั้นต่ำ) ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในองค์ประกอบจะกำหนดทั้งความจุและ มิติทางกายภาพ- โดยหลักการแล้ว ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาแบตเตอรี่ทั้งหมดอยู่ที่การค้นหาระบบเคมีใหม่ๆ และบรรจุลงในบรรจุภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

วันนี้มีมากมาย ประเภทต่างๆแบตเตอรี่ซึ่งบางส่วนได้รับการพัฒนาย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 19 ในขณะที่แบตเตอรี่อื่นๆ แทบจะไม่ได้เฉลิมฉลองครบรอบหนึ่งทศวรรษเลย ความหลากหลายนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแต่ละเทคโนโลยีมีของตัวเอง จุดแข็ง- เราจะพูดถึงสิ่งที่พบบ่อยที่สุดที่ใช้ในอุปกรณ์มือถือ
แบตเตอรี่แห้ง

แบตเตอรี่ที่ผลิตเชิงพาณิชย์รุ่นแรกคือแบตเตอรี่แห้ง ทายาทของการประดิษฐ์ของ Leclanche เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในโลก Energizer เพียงอย่างเดียวจำหน่ายแบตเตอรี่เหล่านี้ได้มากกว่า 6 พันล้านก้อนต่อปี โดยทั่วไป “เมื่อเราพูดว่าแบตเตอรี่ เราหมายถึงเซลล์แห้ง” แม้ว่าพวกเขาจะมีความสามารถเฉพาะเจาะจงต่ำที่สุดในบรรดาประเภท "มวล" ทั้งหมดก็ตาม ความนิยมนี้อธิบายได้ ประการแรกด้วยต้นทุนที่ต่ำ และประการที่สองจากการที่ชื่อนี้เรียกระบบเคมีที่แตกต่างกันสามระบบ: แบตเตอรี่สังกะสีคลอรีน อัลคาไลน์ และแมงกานีสสังกะสี (องค์ประกอบLeclanché) ชื่อของพวกเขาให้แนวคิดเกี่ยวกับระบบเคมีที่พวกเขาสร้างขึ้น

ในเซลล์แห้ง แท่งคาร์บอนของตัวสะสมกระแสแคโทดจะตั้งอยู่ตามแนวแกน แคโทดนั่นเอง ทั้งระบบซึ่งรวมถึงแมงกานีสไดออกไซด์ อิเล็กโทรดคาร์บอน และอิเล็กโทรไลต์ “ถ้วย” สังกะสีทำหน้าที่เป็นขั้วบวกและสร้างตัวโลหะขององค์ประกอบ ในทางกลับกัน อิเล็กโทรไลต์ก็เป็นส่วนผสมที่ประกอบด้วยแอมโมเนีย แมงกานีสไดออกไซด์ และซิงค์คลอไรด์

ธาตุแมงกานีส-สังกะสีและซิงค์คลอไรด์มีความแตกต่างกันในอิเล็กโทรไลต์ อย่างแรกมีส่วนผสมของแอมโมเนียและซิงค์คลอไรด์เจือจางด้วยน้ำ ในซิงค์คลอไรด์ อิเล็กโทรไลต์จะมีซิงค์คลอไรด์เกือบ 100% ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยคือ 1.55V และ 1.6V ตามลำดับ

แม้ว่าธาตุสังกะสีคลอไรด์จะมีความจุสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับธาตุ Leclanchet แต่ข้อดีนี้จะหายไปเมื่อมีโหลดต่ำ ดังนั้นจึงมักถูกเรียกว่า "งานหนัก" ซึ่งก็คือองค์ประกอบที่มีพลังเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของเซลล์แห้งทั้งหมดจะลดลงอย่างมากเมื่อภาระเพิ่มขึ้น นั่นคือเหตุผลที่ไม่ควรติดตั้งในกล้องสมัยใหม่ เนื่องจากไม่ได้ออกแบบมาเพื่อสิ่งนี้

ไม่ว่ากระต่ายสีชมพูจะลงโฆษณาไปกี่ตัว แบตเตอรี่อัลคาไลน์ก็ยังคงเป็นแร่ธาตุถ่านหิน-สังกะสีแบบเดิมตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือส่วนผสมอิเล็กโทรไลต์ที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษ ซึ่งช่วยเพิ่มความจุและอายุการเก็บของแบตเตอรี่ดังกล่าว ความลับคืออะไร? ส่วนผสมนี้มีความเป็นด่างมากกว่าอีกสองประเภทเล็กน้อย

ถ้า องค์ประกอบทางเคมีสำหรับแบตเตอรี่อัลคาไลน์จะแตกต่างจากองค์ประกอบของ Leclanche เพียงเล็กน้อย ดังนั้นการออกแบบจึงมีความแตกต่างอย่างมาก คุณอาจพูดได้ว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์เป็นเซลล์แห้งที่กลับด้านออก ที่อยู่อาศัยภายนอกพวกเขาไม่มีขั้วบวก มันเป็นเพียงเกราะป้องกัน ขั้วบวกที่นี่คือส่วนผสมคล้ายเจลลี่ของผงสังกะสีผสมกับอิเล็กโทรไลต์ (ซึ่งก็คือ สารละลายที่เป็นน้ำโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) แคโทดซึ่งเป็นส่วนผสมของคาร์บอนและแมงกานีสไดออกไซด์ ล้อมรอบแอโนดและอิเล็กโทรไลต์ มันถูกคั่นด้วยชั้น ผ้านอนวูฟเวนเช่น โพลีเอสเตอร์

แบตเตอรี่อัลคาไลน์มีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่คาร์บอนสังกะสีทั่วไปถึง 4-5 เท่า ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ความแตกต่างนี้สังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษในโหมดการใช้งานนี้ เมื่ออยู่ในระยะเวลาสั้นๆ โหลดสูงสลับกับการไม่มีกิจกรรมเป็นเวลานาน

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่ใช้อยู่นั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ หากคุณใส่ไว้ในเครื่องชาร์จ มันจะไม่ทำงานเหมือนแบตเตอรี่ แต่จะเหมือนตัวต้านทาน - มันจะเริ่มร้อนขึ้น หากไม่นำออกจากที่นั่นทันเวลา มันจะร้อนพอที่จะระเบิดได้

ชื่อบอกเราว่าแบตเตอรี่ประเภทนี้มีขั้วบวกนิกเกิลและแคโทดแคดเมียม แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียม (เรียกว่า Ni-Cad) ได้รับความนิยมอย่างล้นหลามจากผู้บริโภคทั่วโลก นี่ไม่น้อยเนื่องจากสามารถทนต่อได้ จำนวนมากรอบการคายประจุ - 500 และ 1,000 - โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ยังมีน้ำหนักเบาและใช้พลังงานมาก (แม้ว่าความจุเฉพาะจะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของแบตเตอรี่อัลคาไลน์) ในทางกลับกัน มีแคดเมียมที่เป็นพิษ ดังนั้นคุณต้องระมัดระวังให้มากขึ้นทั้งในระหว่างการใช้งานและหลังการกำจัดแคดเมียม

แรงดันไฟขาออกของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะลดลงเมื่อคายประจุเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ความต้านทานภายใน- แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมมีความต้านทานภายในต่ำมากดังนั้นจึงสามารถจ่ายกระแสไฟที่แรงพอสมควรให้กับเอาต์พุตซึ่งยิ่งกว่านั้นในทางปฏิบัติแล้วจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อคายประจุ ดังนั้นแรงดันไฟขาออกจึงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติจนกว่าประจุจะหมดลงจนหมด จากนั้นแรงดันไฟขาออกจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเกือบเป็นศูนย์

ระดับแรงดันไฟขาออกคงที่เป็นข้อได้เปรียบในการออกแบบ ไดอะแกรมไฟฟ้าแต่ยังทำให้การกำหนดระดับการชาร์จปัจจุบันแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากคุณสมบัตินี้ พลังงานที่เหลืออยู่จึงคำนวณตามเวลาการทำงานและความจุที่ทราบของแบตเตอรี่ประเภทใดประเภทหนึ่ง ดังนั้นจึงเป็นค่าโดยประมาณ

ข้อเสียเปรียบที่ร้ายแรงกว่านั้นคือ "เอฟเฟกต์หน่วยความจำ" หากแบตเตอรี่ดังกล่าวยังคายประจุไม่หมดและปล่อยให้ชาร์จต่อไป ความจุของแบตเตอรี่อาจลดลง ความจริงก็คือเมื่อมีการชาร์จที่ "ผิด" ผลึกแคดเมียมจะก่อตัวบนขั้วบวก พวกเขามีบทบาทเป็น "หน่วยความจำ" ทางเคมีของแบตเตอรี่โดยจดจำระดับกลางนี้ เมื่อประจุแบตเตอรี่ลดลงถึงระดับนี้ในระหว่างการคายประจุครั้งต่อไป แรงดันไฟขาออกจะลดลงเหมือนกับว่าแบตเตอรี่หมดจนหมด ผลึกหินจะยังคงก่อตัวบนขั้วบวก ซึ่งเพิ่มผลกระทบจากผลกระทบอันไม่พึงประสงค์นี้ เพื่อกำจัดมัน คุณจะต้องคายประจุต่อไปหลังจากถึงระดับกลางนี้ นี่เป็นวิธีเดียวที่จะ "ลบ" หน่วยความจำและเรียกคืนความจุของแบตเตอรี่ให้เต็ม

โดยทั่วไปเทคนิคนี้เรียกว่าการคายน้ำลึก แต่ความลึกไม่ได้หมายความว่าสมบูรณ์ “เป็นศูนย์” สิ่งนี้จะส่งผลเสียและทำให้อายุการใช้งานขององค์ประกอบสั้นลงเท่านั้น หากในระหว่างการใช้งาน แรงดันไฟขาออกลดลงต่ำกว่า 1 โวลต์ (ที่แรงดันไฟฟ้าปกติ 1.2 โวลต์) อาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายได้ เทคโนโลยีที่ซับซ้อนเช่น PDA หรือแล็ปท็อป ได้รับการกำหนดค่าให้ปิดก่อนที่ประจุแบตเตอรี่จะลดลงต่ำกว่าขีดจำกัด ในการคายประจุแบตเตอรี่อย่างล้ำลึก คุณต้องใช้อุปกรณ์พิเศษที่ผลิตโดยบริษัทที่มีชื่อเสียงหลายแห่ง

บริษัทผู้ผลิตบางแห่งอ้างว่าแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมใหม่ไม่ได้รับผลกระทบจากเอฟเฟกต์หน่วยความจำ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้รับการพิสูจน์ในทางปฏิบัติ

ไม่ว่าผู้ผลิตจะสัญญาอะไรก็ตาม เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ควรชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็มในแต่ละครั้ง จากนั้นรอให้คายประจุตามปกติเพื่อไม่ให้แบตเตอรี่เสื่อมและใช้งานได้ตลอดระยะเวลา

แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Ni-MH) ซึ่งไม่มีแคดเมียม "อันตราย" ถูกเรียกร้องให้กำจัดข้อบกพร่องของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมบางส่วน เช่นเดียวกับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์มีขั้วบวกนิกเกิล แต่แคโทดนั้นทำจากไฮไดรด์ ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นโลหะผสมที่สามารถกักเก็บอะตอมไฮโดรเจนได้ แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำที่อ่อนกว่ามาก และมีอัตราส่วนความจุที่ดีกว่าและ ขนาดโดยรวม- อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์สามารถทนต่อรอบการชาร์จและคายประจุได้น้อยกว่าและมีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม นอกจากนี้ ปัญหาสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ก็คือแบตเตอรี่จะคายประจุเองจำนวนมาก - ภายในหนึ่งวันโดยไม่มีโหลด ประเภทนี้สามารถสูญเสียความสามารถได้ถึง 5%

แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ในโลกเป็นแบตเตอรี่ตะกั่ว ส่วนใหญ่จะใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ของรถยนต์ การพัฒนาของ Plante กลายเป็นต้นแบบขององค์ประกอบเหล่านี้ พวกเขายังมีขั้วบวกที่ทำจากตะกั่วของเซลล์และแคโทดที่ทำจากตะกั่วออกไซด์ อิเล็กโทรดทั้งสองถูกแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ - กรดซัลฟิวริก

แบตเตอรี่เหล่านี้มีน้ำหนักมากเนื่องจากตะกั่ว และเนื่องจากพวกมันเต็มไปด้วยกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (ซึ่งทำให้แบตเตอรี่มีน้ำหนักลดลงด้วย) พวกมันจึงกลายเป็นอันตรายเช่นกัน ความสนใจเป็นพิเศษ- กรดและควันสามารถทำลายวัตถุใกล้เคียงได้ (โดยเฉพาะวัตถุที่เป็นโลหะ) และถ้าคุณหักโหมจนเกินไปด้วยการชาร์จ อิเล็กโทรไลซิสของน้ำในกรดอาจเริ่มต้นขึ้น สิ่งนี้จะผลิตไฮโดรเจนซึ่งเป็นก๊าซระเบิดที่สามารถระเบิดได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ (เช่นในกรณีของการระเบิดของ Hindenburg)

การสลายตัวของน้ำในแบตเตอรี่อาจทำให้เกิดผลอีกอย่างหนึ่งได้: ปริมาณรวมน้ำในแบตเตอรี่ลดลง ในขณะเดียวกัน พื้นที่ปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่จะลดลง และความจุของแบตเตอรี่ก็ลดลงตามไปด้วย นอกจากนี้ การลดลงของของเหลวยังทำให้แบตเตอรี่คายประจุได้เนื่องจากการสัมผัสกับบรรยากาศ อิเล็กโทรดสามารถลอกออกและทำให้แบตเตอรี่ลัดวงจรได้

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดก้อนแรกต้องมีการบำรุงรักษาเป็นประจำ โดยจำเป็นต้องรักษาระดับน้ำ/กรดภายในแต่ละเซลล์ตามที่ต้องการ เนื่องจากมีเพียงน้ำในแบตเตอรี่เท่านั้นที่ผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนเฉพาะน้ำเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของแบตเตอรี่ ผู้ผลิตแนะนำให้ใช้เฉพาะน้ำกลั่นในการบำรุงรักษา โดยปกติแบตเตอรี่จะเติมให้อยู่ในระดับปกติ หากไม่มีรอยบนแบตเตอรี่ต้องเติมให้ของเหลวมาปกคลุมแผ่นอิเล็กโทรดด้านใน

ในอุปกรณ์ที่อยู่กับที่ ตัวเรือนแบตเตอรี่ทำจากแก้ว ไม่เพียงแต่กักเก็บกรดได้ดีเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เจ้าหน้าที่บำรุงรักษาตรวจสอบสภาพขององค์ประกอบต่างๆ ได้โดยไม่ยากอีกด้วย เทคโนโลยียานยนต์ต้องการตัวเรือนที่ทนทานมากขึ้น วิศวกรใช้ไม้กำมะถันหรือพลาสติกเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้

เมื่อเซลล์ถูกปิดผนึกแล้ว ความง่ายในการใช้งานของแบตเตอรี่ตะกั่วเหล่านี้ก็กลายเป็นสิ่งล้ำค่า เป็นผลให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าแบตเตอรี่ที่ไม่ต้องบำรุงรักษา เนื่องจากไอระเหยยังคงอยู่ในเซลล์ ความสูญเสียจากอิเล็กโทรไลซิสจึงลดลง ดังนั้นแบตเตอรี่ดังกล่าวจึงไม่จำเป็นต้องเติมน้ำ (ตาม อย่างน้อยไม่ควร)

แต่ไม่ได้หมายความว่าแบตเตอรี่ดังกล่าวจะไม่มีปัญหาในการบำรุงรักษาเลย กรดก็กระเซ็นอยู่ข้างในเหมือนกัน และกรดนี้สามารถรั่วไหลผ่านวาล์วแบตเตอรี่ได้ นี่อาจทำให้ช่องใส่แบตเตอรี่หรือแม้แต่อุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่เสียหายได้ วิศวกรหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ได้สองวิธี สามารถบรรจุกรดไว้ในตัวแยกพลาสติกระหว่างอิเล็กโทรดของเซลล์ได้ (มักทำจากพอลิโอเลฟินหรือโพลีเอทิลีนที่มีรูพรุนขนาดเล็ก) หรือคุณสามารถผสมอิเล็กโทรไลต์กับสารอื่นเพื่อสร้างเจล ตัวอย่างเช่น มวลคอลลอยด์ เช่น เจลาติน ส่งผลให้ไม่มีการรั่วไหลเกิดขึ้น

นอกจากการเติมที่เป็นอันตรายแล้ว แบตเตอรี่ตะกั่วยังมีข้อเสียอื่นๆ อีกด้วย ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นว่ามีน้ำหนักมาก ปริมาณพลังงานที่มีอยู่ต่อหน่วยมวลของแบตเตอรี่ดังกล่าวน้อยกว่าในแบตเตอรี่ของเทคโนโลยีอื่นๆ เกือบทั้งหมด นี่เป็นสิ่งเดียวที่ผู้สร้างรถยนต์ไม่พอใจ ซึ่งยินดีเป็นอย่างยิ่งที่จะใช้แบตเตอรี่ตะกั่วราคาถูกเหล่านี้ในรถยนต์ไฟฟ้า

ในทางกลับกัน แม้ว่าแบตเตอรี่เหล่านี้จะราคาถูก แต่ก็มีประวัติยาวนานถึง 150 ปี เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถอัพเกรดแบตเตอรี่ตามความต้องการพิเศษ เช่น สำหรับการใช้งานที่มีวงจรการคายประจุนาน (ซึ่งใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานเดียว) หรือในการใช้งานแหล่งจ่ายไฟ แหล่งจ่ายไฟสำรองเช่น ในศูนย์ประมวลผลข้อมูลขนาดใหญ่ แบตเตอรี่ตะกั่วยังมีความต้านทานภายในต่ำ จึงสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่สูงมากได้ ต่างจากองค์ประกอบที่แปลกใหม่อื่น ๆ เช่น นิกเกิลแคดเมียม พวกมันไม่ได้รับผลกระทบจากความจำ (ผลกระทบนี้เมื่อนำไปใช้กับเซลล์นิกเกิลแคดเมียม จะลดความจุของแบตเตอรี่หากคุณชาร์จใหม่ก่อนที่จะคายประจุจนหมด) นอกจากนี้ แบตเตอรี่ดังกล่าวยังมีอายุการใช้งานยาวนานและสามารถคาดเดาได้ และแน่นอนว่าราคาถูก

แหล่งที่มาเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่ตะกั่วที่มีอิเล็กโทรไลต์คล้ายเยลลี่ โดยปกติแล้วอุปกรณ์ดังกล่าวจะไม่โอ้อวดในการบำรุงรักษา ซึ่งหมายความว่าคุณไม่คิดที่จะรักษามันไว้ อย่างไรก็ตาม แหล่งจ่ายไฟค่อนข้างใหญ่เนื่องจากมีแบตเตอรี่อยู่ภายใน เมื่อชาร์จเต็มแล้ว เซลล์ที่มีอิเล็กโทรไลต์คล้ายเยลลี่จะค่อยๆ เสื่อมสภาพลงภายใต้อิทธิพลของประจุกระแสไฟต่ำคงที่ (แบตเตอรี่กรดตะกั่วส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ให้เต็ม) ดังนั้นองค์ประกอบดังกล่าวจึงต้องมีความพิเศษ ที่ชาร์จซึ่งจะปิดโดยอัตโนมัติทันทีที่องค์ประกอบชาร์จเต็มแล้ว เครื่องชาร์จจะต้องเปิดอีกครั้งทันทีที่แบตเตอรี่หมดจนถึงระดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (ไม่ว่าจะอยู่ในโหลดหรือคายประจุเอง) โดยปกติแล้ว เครื่องสำรองไฟจะตรวจสอบการชาร์จแบตเตอรี่เป็นประจำ

ป้องกันกระแสไฟฟ้า

เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมสามารถผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส ซึ่งก็คือการสลายน้ำในอิเล็กโทรไลต์ให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อาจระเบิดได้ ผู้ผลิตแบตเตอรี่กำลังดำเนินการ มาตรการต่างๆเพื่อป้องกันผลกระทบนี้ โดยปกติแล้ว องค์ประกอบต่างๆ จะถูกปิดผนึกเพื่อป้องกันการรั่วซึม นอกจากนี้ แบตเตอรี่ยังได้รับการออกแบบให้ผลิตออกซิเจนมากกว่าไฮโดรเจนก่อน ซึ่งป้องกันปฏิกิริยาอิเล็กโทรลิซิส

เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ที่ปิดสนิทระเบิดและเพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซสะสมอยู่ในแบตเตอรี่ แบตเตอรี่มักจะติดตั้งวาล์ว หากช่องระบายอากาศเหล่านี้ถูกปิดกั้น อาจมีความเสี่ยงที่จะเกิดการระเบิด โดยปกติแล้วรูเหล่านี้จะเล็กมากจนไม่มีใครสังเกตเห็น พวกเขาทำงานโดยอัตโนมัติ คำเตือนนี้ (ไม่ปิดกั้นช่องระบายอากาศ) ใช้กับผู้ผลิตอุปกรณ์เป็นหลัก ช่องใส่แบตเตอรี่มาตรฐานต้องมีการระบายอากาศ แต่ถ้าคุณเติมแบตเตอรี่เข้าไป อีพอกซีเรซินแล้วจะไม่มีการระบายอากาศ

ลิเธียมเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาได้มากที่สุดและนำไปใช้อย่างแม่นยำในระบบที่มีขนาดกะทัดรัดที่สุดซึ่งให้พลังงานแก่อุปกรณ์เคลื่อนที่ที่ทันสมัยที่สุด ลิเธียมแคโทดใช้ในแบตเตอรี่ความจุสูงเกือบทั้งหมด แต่ด้วยกิจกรรมของโลหะนี้ แบตเตอรี่จึงไม่เพียงแต่มีความจุมากเท่านั้น แต่ยังมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดอีกด้วย เซลล์ที่ประกอบด้วยลิเธียมมีแรงดันเอาต์พุตตั้งแต่ 1.5 V ถึง 3.6 V ขึ้นอยู่กับขั้วบวก!

ปัญหาหลักของการใช้ลิเธียมก็คือกิจกรรมที่สูงอีกครั้ง มันอาจจะลุกเป็นไฟได้ - ซึ่งไม่ใช่คุณสมบัติที่น่าพอใจที่สุดเมื่อพูดถึงแบตเตอรี่ เนื่องจากปัญหาเหล่านี้ องค์ประกอบที่ทำจากโลหะลิเธียมซึ่งเริ่มปรากฏให้เห็นในช่วงทศวรรษที่ 70 และ 80 ของศตวรรษที่ 20 จึงมีชื่อเสียงในด้านความน่าเชื่อถือต่ำ

เพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้ ผู้ผลิตแบตเตอรี่จึงพยายามใช้ลิเธียมในรูปของไอออน ด้วยวิธีนี้ พวกเขาสามารถได้รับคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่มีประโยชน์ทั้งหมดโดยไม่ต้องจัดการกับรูปแบบโลหะตามอำเภอใจ

ในเซลล์ลิเธียมไอออน ลิเธียมไอออนจะถูกจับกันด้วยโมเลกุลของวัสดุอื่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปมีคาร์บอนแอโนดและลิเธียมโคบอลต์ไดออกไซด์แคโทด อิเล็กโทรไลต์มีพื้นฐานมาจากสารละลายเกลือลิเธียม

แบตเตอรี่ลิเธียมมีความหนาแน่นสูงกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ตัวอย่างเช่น ในแล็ปท็อป แบตเตอรี่ดังกล่าวอาจมีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ถึงหนึ่งเท่าครึ่ง นอกจากนี้ เซลล์ลิเธียมไอออนยังปราศจากผลกระทบต่อหน่วยความจำที่รบกวนแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมในยุคแรกๆ

ในทางกลับกัน ความต้านทานภายในของเซลล์ลิเธียมสมัยใหม่สูงกว่าเซลล์นิกเกิลแคดเมียม ดังนั้นจึงไม่สามารถให้กระแสน้ำที่แรงเช่นนี้ได้ ถ้า องค์ประกอบนิกเกิลแคดเมียมสามารถละลายเหรียญได้ แต่ลิเธียมก็ไม่สามารถทำได้ แต่ถึงกระนั้นพลังงานของแบตเตอรี่ดังกล่าวก็เพียงพอที่จะใช้งานแล็ปท็อปได้หากไม่เกี่ยวข้องกับโหลดที่ไม่ต่อเนื่อง (ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์บางอย่างเช่นฮาร์ดไดรฟ์หรือซีดีรอมไม่ควรทำให้เกิดไฟกระชากสูงที่ สภาวะที่รุนแรง - ตัวอย่างเช่น ระหว่างการหมุนครั้งแรกหรือการตื่นจากโหมดสลีป) ยิ่งไปกว่านั้นแม้ว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถทนต่อการชาร์จได้หลายร้อยครั้งและมีอายุการใช้งานน้อยกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้นิกเกิล

เนื่องจากเซลล์ลิเธียมไอออนใช้อิเล็กโทรไลต์เหลว (แม้ว่าจะแยกจากกันด้วยชั้นของเนื้อเยื่อ) เซลล์เหล่านี้จึงมีรูปทรงทรงกระบอกเกือบตลอดเวลา แม้ว่ารูปแบบนี้จะไม่เลวร้ายไปกว่ารูปแบบขององค์ประกอบอื่น ๆ แต่ด้วยการกำเนิดของอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ทันสมัยที่สุดที่ใช้ในปัจจุบันคือลิเธียมโพลีเมอร์ มีแนวโน้มในหมู่ผู้ผลิตทั้งแบตเตอรี่และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่มีต่อการเปลี่ยนไปใช้องค์ประกอบประเภทนี้อย่างค่อยเป็นค่อยไป ข้อได้เปรียบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์คือการไม่มีอิเล็กโทรไลต์เหลว ไม่ นี่ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีที่จะทำได้โดยปราศจากอิเล็กโทรไลต์โดยสิ้นเชิง ขั้วบวกถูกแยกออกจากแคโทดด้วยพาร์ติชันโพลีเมอร์ วัสดุคอมโพสิตเช่นโพลีอะคริโลไนไตรต์ซึ่งมีเกลือลิเธียม

เนื่องจากไม่มีส่วนประกอบที่เป็นของเหลว เซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์จึงสามารถมีรูปร่างได้เกือบทุกรูปร่าง ไม่เหมือนแบตเตอรี่ทรงกระบอกประเภทอื่นๆ รูปแบบบรรจุภัณฑ์ทั่วไปสำหรับสิ่งเหล่านี้คือแผ่นแบนหรือแท่ง ในรูปแบบนี้ควรเติมพื้นที่ช่องใส่แบตเตอรี่ให้ดีขึ้น เป็นผลให้แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์มีความถ่วงจำเพาะเท่ากัน รูปร่างที่เหมาะสมที่สุดสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดียวกันถึง 22% ซึ่งทำได้โดยการเติมปริมาตรที่ "เสีย" ไว้ที่มุมของช่อง ซึ่งจะยังคงไม่ได้ใช้งานหากใช้แบตเตอรี่ทรงกระบอก

นอกเหนือจากสิ่งเหล่านี้ ข้อดีที่ชัดเจนเซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีน้ำหนักเบาเนื่องจากไม่มีปลอกโลหะภายนอก
แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กซัลไฟด์

ต่างจากแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยลิเธียมอื่นๆ ซึ่งมีแรงดันเอาต์พุตมากกว่า 3V แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กซัลไฟด์มีแรงดันเอาต์พุตเพียงครึ่งหนึ่ง นอกจากนี้ยังไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ เทคโนโลยีนี้แสดงให้เห็นถึงการประนีประนอมที่นักพัฒนาได้ทำเพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟลิเธียมสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้แบตเตอรี่อัลคาไลน์

องค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่มีการเปลี่ยนแปลงเป็นพิเศษ ในนั้นลิเธียมแอโนดจะถูกแยกออกจากแคโทดของเหล็กซัลไฟด์ด้วยชั้นอิเล็กโทรไลต์ แซนวิชนี้บรรจุในกล่องปิดผนึกพร้อมไมโครวาล์วเพื่อการระบายอากาศ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม

เซลล์ประเภทนี้ได้รับการออกแบบให้เป็นคู่แข่งกับแบตเตอรี่อัลคาไลน์ เมื่อเปรียบเทียบกับลิเธียมไอรอนไดซัลไฟด์จะมีน้ำหนักน้อยกว่าถึงหนึ่งในสาม มีความจุมากกว่า และยังสามารถเก็บไว้ได้นานกว่าอีกด้วย แม้จะเก็บไว้นานถึงสิบปี แต่ก็ยังเก็บประจุได้เกือบทั้งหมด

มีความเหนือกว่าคู่แข่งอย่างเห็นได้ชัด ในวิธีที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ภายใต้ภาระหนัก ในกรณีที่ กระแสสูงโหลดเซลล์ลิเธียมไอรอนไดซัลไฟด์สามารถมีอายุการใช้งานได้นานกว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์ที่มีขนาดเท่ากันถึง 2.5 เท่า หากไม่ต้องการเอาท์พุต มีความแข็งแรงสูงปัจจุบันความแตกต่างนี้สังเกตได้น้อยกว่ามาก ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตแบตเตอรี่รายหนึ่งระบุคุณลักษณะต่อไปนี้สำหรับแบตเตอรี่ขนาด AA สองประเภท: ที่โหลด 20 mA แบตเตอรี่อัลคาไลน์จะมีอายุการใช้งาน 122 ชั่วโมง เทียบกับ 135 ชั่วโมงสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กซัลไฟด์ หากโหลดเพิ่มขึ้นเป็น 1A เวลาในการทำงานจะเป็น 0.8 และ 2.1 ชั่วโมงตามลำดับ อย่างที่พวกเขาพูดผลลัพธ์ก็ชัดเจน

ไม่มีประโยชน์ที่จะติดตั้งแบตเตอรี่ที่ทรงพลังเช่นนี้ในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานค่อนข้างน้อยในระยะเวลานาน ถูกสร้างขึ้นเป็นพิเศษเพื่อใช้ในกล้อง ไฟฉายทรงพลัง และควรใช้แบตเตอรี่อัลคาไลน์ในนาฬิกาปลุกหรือวิทยุ

เทคโนโลยีการชาร์จ

อุปกรณ์ที่ทันสมัยสำหรับการชาร์จใหม่ - อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งมีระดับการป้องกันที่แตกต่างกันทั้งสำหรับคุณและแบตเตอรี่ของคุณ ในกรณีส่วนใหญ่ เซลล์แต่ละประเภทจะมีที่ชาร์จของตัวเอง หากคุณใช้เครื่องชาร์จไม่ถูกต้อง คุณสามารถสร้างความเสียหายได้ไม่เพียงแต่แบตเตอรี่ แต่ยังรวมถึงตัวอุปกรณ์เอง หรือแม้แต่ระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ด้วย

เครื่องชาร์จมีสองโหมด - แรงดันคงที่และกระแสคงที่

อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดคืออุปกรณ์แรงดันคงที่ โดยจะผลิตแรงดันไฟฟ้าเท่ากันเสมอ และจ่ายกระแสไฟที่ขึ้นอยู่กับระดับประจุของแบตเตอรี่ (และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ) เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จ แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความแตกต่างระหว่างศักยภาพของเครื่องชาร์จและแบตเตอรี่จึงลดลง ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรน้อยลง

สิ่งที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวคือหม้อแปลงไฟฟ้า (เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จให้อยู่ในระดับที่แบตเตอรี่ต้องการ) และวงจรเรียงกระแส (เพื่อแก้ไข เครื่องปรับอากาศคงที่ใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่) เช่น อุปกรณ์ง่ายๆอุปกรณ์ชาร์จใหม่ใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์และเรือ

ตามกฎแล้วแบตเตอรี่ตะกั่วสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟสำรองจะถูกชาร์จด้วยอุปกรณ์ที่คล้ายกัน นอกจากนี้ ยังใช้อุปกรณ์แรงดันคงที่เพื่อชาร์จเซลล์ลิเธียมไอออนอีกด้วย มีการเพิ่มวงจรเพื่อปกป้องแบตเตอรี่และเจ้าของเท่านั้น

เครื่องชาร์จประเภทที่สองให้กระแสไฟคงที่และเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ต้องการ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงประจุเต็ม การชาร์จจะหยุดลง (โปรดจำไว้ว่า แรงดันไฟฟ้าที่เซลล์สร้างขึ้นจะลดลงขณะคายประจุ) โดยปกติแล้ว อุปกรณ์ดังกล่าวจะชาร์จเซลล์นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์

นอกจากระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการแล้ว คุณต้องทราบว่าต้องใช้เวลานานเท่าใดในการชาร์จองค์ประกอบใหม่ แบตเตอรี่อาจเสียหายได้หากคุณชาร์จนานเกินไป ขึ้นอยู่กับประเภทของแบตเตอรี่และ "ความฉลาด" ของเครื่องชาร์จ มีการใช้เทคโนโลยีหลายอย่างเพื่อกำหนดเวลาการชาร์จ

ในส่วนใหญ่ กรณีง่ายๆเพื่อจุดประสงค์นี้ จะใช้แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากแบตเตอรี่ เครื่องชาร์จจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงระดับเกณฑ์ แต่เทคโนโลยีนี้ไม่เหมาะกับทุกองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น สำหรับนิกเกิลแคดเมียมนั้นไม่เป็นที่ยอมรับ ในองค์ประกอบเหล่านี้ เส้นโค้งการปล่อยประจุจะอยู่ใกล้กับเส้นตรง และอาจเป็นเรื่องยากมากที่จะกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าที่เกณฑ์

เครื่องชาร์จที่ "ซับซ้อน" มากขึ้นจะกำหนดเวลาการชาร์จตามอุณหภูมิ นั่นคืออุปกรณ์จะตรวจสอบอุณหภูมิของเซลล์ และปิดหรือลดกระแสประจุเมื่อแบตเตอรี่เริ่มร้อนขึ้น (ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่มีประจุมากเกินไป) โดยทั่วไปแล้ว เทอร์โมมิเตอร์จะติดตั้งอยู่ในแบตเตอรี่เพื่อคอยตรวจสอบอุณหภูมิขององค์ประกอบและส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องไปยังเครื่องชาร์จ

อุปกรณ์อัจฉริยะใช้ทั้งสองวิธีนี้ สามารถเปลี่ยนจากกระแสประจุสูงไปเป็นกระแสประจุต่ำ หรือสามารถรักษากระแสให้คงที่โดยใช้เซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิแบบพิเศษ

เครื่องชาร์จแบบมาตรฐานจะมีกระแสไฟชาร์จต่ำกว่ากระแสไฟที่ปล่อยออกมาของเซลล์ และอุปกรณ์ชาร์จที่มีค่ากระแสไฟสูงกว่าจะให้กระแสไฟมากกว่ากระแสคายประจุที่กำหนดของแบตเตอรี่ อุปกรณ์สำหรับการชาร์จอย่างต่อเนื่องโดยใช้กระแสไฟต่ำ เช่น กระแสไฟเพียงเล็กน้อยซึ่งป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่คายประจุเองเท่านั้น (ตามคำนิยาม อุปกรณ์ดังกล่าวใช้เพื่อชดเชยการคายประจุด้วยตนเอง) โดยทั่วไปแล้ว กระแสไฟชาร์จในอุปกรณ์ดังกล่าวคือหนึ่งในยี่สิบหรือหนึ่งในสามสิบของกระแสไฟคายประจุที่กำหนดของแบตเตอรี่ อุปกรณ์ชาร์จสมัยใหม่สามารถทำงานได้ที่กระแสไฟชาร์จหลายกระแส ในตอนแรกพวกเขาใช้มากขึ้น ค่าสูงและค่อยๆ เปลี่ยนเป็นไฟต่ำเมื่อแบตเตอรี่ใกล้เต็ม หากคุณใช้แบตเตอรี่ที่สามารถทนต่อการชาร์จกระแสต่ำได้ (เช่น แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมไม่สามารถทำได้) เมื่อสิ้นสุดรอบการชาร์จ อุปกรณ์จะเปลี่ยนเป็นโหมดนี้ ที่ชาร์จแล็ปท็อปส่วนใหญ่และ โทรศัพท์มือถือออกแบบมาเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับองค์ประกอบต่างๆ อย่างถาวรโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อองค์ประกอบเหล่านั้น

วันนี้ลองจินตนาการถึงชีวิตของคุณที่ไม่มี อุปกรณ์ไฟฟ้ายากมาก. ยิ่งกว่านั้นเราไม่ได้พูดถึงเรื่องใหญ่ด้วยซ้ำ เครื่องใช้ในครัวเรือนแต่เกี่ยวกับเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กที่ทำให้ชีวิตสะดวกสบายมากขึ้น นาฬิกาแขวนรีโมทคอนโทรล ไฟฉาย และอุปกรณ์ขนาดเล็กอื่นๆ อีกมากมายที่เราคุ้นเคยซึ่งใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบพกพา เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานมีเสถียรภาพคุณเพียงแค่ต้องการ ซื้อแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้- แต่แหล่งพลังงานนี้ปรากฏเมื่อไม่นานมานี้!

ประวัติความเป็นมาของแบตเตอรี่

ขั้นตอนแรกในการปรากฏตัวของแบตเตอรี่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์จากอิตาลี Luigi Galvani ซึ่งศึกษาปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่ออิทธิพลต่างๆ แก่นแท้ของการค้นพบของเขาคือกระแสน้ำไหลผ่านขาของกบเมื่อมีแถบสองแถบ ประเภทต่างๆโลหะ นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายสิ่งที่เขาเห็นได้ แต่ผลงานของเขามีประโยชน์มากสำหรับนักวิจัยอีกคนคือ Alessandro Volta

ชาวอิตาลีคนนี้สามารถคลี่คลายสาระสำคัญของกระบวนการได้และตระหนักว่าการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้านั้นอำนวยความสะดวกโดยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่าง โลหะต่างๆในสภาพแวดล้อมบางอย่าง โดยใส่แผ่นสังกะสีและทองแดงเข้าไป น้ำเกลือเขาสร้างแบตเตอรี่องค์ประกอบหลักก้อนแรกของโลก ซึ่งหลังจากการดัดแปลงเขาเรียกว่า "เสาโวลตา" นี่คือในปี 1800

แบตเตอรี่ก้อนแรกปรากฏขึ้นในภายหลังมาก - ในปี 1859 เมื่อชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ทำการทดลองซ้ำของเพื่อนร่วมงานโดยใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกอ่อนและแผ่นตะกั่วสองแผ่น ลักษณะเฉพาะของแบตเตอรี่นี้คือต้องชาร์จใหม่จากแหล่งที่มา ดี.ซีแล้วตัวมันเองก็ปล่อยประจุออกมาเพื่อผลิตไฟฟ้า

วันสำคัญอื่นๆ ในประวัติศาสตร์การพัฒนาแบตเตอรี่

พ.ศ. 2408 (ค.ศ. 1865) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส J.L. Leclanche พัฒนาเซลล์แมงกานีส-สังกะสีด้วยน้ำเกลือ

พ.ศ. 2423 (ค.ศ. 1880) - F. Lalande ปรับปรุงการประดิษฐ์เพื่อนร่วมชาติของเขาโดยใช้อิเล็กโทรไลต์ที่ข้นขึ้น

ทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ XX - องค์ประกอบของสังกะสีเงินได้รับการพัฒนา

ยุค 50 ของศตวรรษที่ 20 - มีธาตุแมงกานีส - สังกะสีที่มีสารละลายอัลคาไลน์รวมถึงธาตุปรอท - สังกะสีปรากฏขึ้น

ทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ 20 - เริ่มต้นการผลิตแบตเตอรี่ซิงค์แอร์

ทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ XX - มีการใช้แหล่งกระแสลิเธียมเป็นครั้งแรก

ดังที่คุณคงเดาได้แล้วเราจะพูดถึงสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ ซึ่งอยู่ในตัวเรา ชีวิตประจำวันมากเกี่ยวกับแบตเตอรี่ ใน โลกสมัยใหม่แบตเตอรี่ล้อมรอบเราทุกที่ไม่ว่าจะเป็น e-bookหรือนาฬิกา รีโมทคอนโทรลของทีวี หรือแบตเตอรี่เข้า โทรศัพท์มือถือเราคุ้นเคยกับการมีอยู่และการมีอยู่ของพวกมันมากจนแทบไม่สังเกตเห็นการมีอยู่ของมัน ซึ่งอันที่จริงได้รับความช่วยเหลือจากความจริงที่ว่าพวกมันมีขนาดต่างกัน

สำหรับเรา แบตเตอรี่กลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว!

กาลครั้งหนึ่งเมื่อรุ่งเช้าของการปรากฏตัว มันเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างใหญ่และเป็นเพียงแหล่งที่มาเดียว พลังงานไฟฟ้าบนโลกที่มนุษยชาติเข้าถึงได้

ผู้ก่อตั้งแบตเตอรี่ได้รับการพิจารณาอย่างถูกต้องว่าเป็นนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Alessandro Volta (1745 - 1827) ซึ่งหลังจากศึกษาผลงานมากมายของเพื่อนร่วมชาติของเขา Luigi Galvani (1737-1798) ซึ่งทำการทดลองกับ "ไฟฟ้าของสัตว์" ก็มาถึงสิ่งที่น่าทึ่งนี้ การค้นพบ.

เมื่อได้อ่านบทความของกัลวานีแล้ว "บน กองกำลังไฟฟ้าในกล้ามเนื้อ” อเลสซานโดร โวลตาสังเกตว่ากระแสไฟฟ้าปรากฏเฉพาะเมื่อมีโลหะสองชนิดเท่านั้น ดังนั้น เขาจึงทำการทดลองครั้งแรกทันที ซึ่งประกอบด้วยเหรียญสองเหรียญใส่ปาก เหรียญหนึ่งอยู่บนลิ้นและอีกเหรียญอยู่ข้างใต้ ขณะที่เชื่อมต่อเหรียญเหล่านั้นด้วยลวด และรู้สึกถึงรสเค็ม

ประสบการณ์นี้กระตุ้นให้เขาใคร่ครวญ ซึ่งผลลัพธ์ก็คือความต่อเนื่องของการวิจัยที่เขาเริ่มต้นไว้เพียงในวงกว้างเท่านั้น

หนึ่งในการทดลองเหล่านี้คือการติดตั้งวงกลมโลหะมากกว่าร้อยวงกลมทับกัน โดยคั่นด้วยกระดาษและชุบน้ำเกลือ ผลลัพธ์ที่จะเกิดขึ้นไม่นาน Alessandro ตรวจสอบความรู้สึกในภาษาของเขาเองอีกครั้ง และมั่นใจว่ามีไฟฟ้าอยู่ในอุปกรณ์ของเขา ในขณะที่สังเกตเห็นว่ามีไฟฟ้าอยู่ตลอดเวลา

หลังจากการทดลองหลายครั้ง Alessandro Volta ได้สร้างแบตเตอรี่ขึ้นมา ประกอบด้วยแผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสีที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม ลดลงเป็นคู่ลงในภาชนะที่มีกรดเจือจาง

จริงอยู่อุปกรณ์นี้ไม่ได้รับชื่อที่เราคุ้นเคยในทันที - แบตเตอรี่ ในตอนแรกอุปกรณ์นี้ถูกเรียกว่า "มงกุฎแห่งหลอดเลือด" และในขณะนั้นก็เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุด

หากเราแปลให้เป็นมาตรฐานสมัยใหม่ ดังที่เป็นธรรมเนียมในปัจจุบัน "มงกุฎแห่งเรือ" ในยุคของเราก็จะเพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับเครื่องรับวิทยุธรรมดาเท่านั้น

ต่อจากนั้น Alessandro Volta เปลี่ยนชื่อสิ่งประดิษฐ์ของเขาเพื่อเป็นเกียรติแก่ Luigi Galvani และเรียกมันว่าเซลล์กัลวานิก

ชื่อนี้ยังคงอยู่มาจนถึงทุกวันนี้แม้ว่าตัวอุปกรณ์จะมีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่สำคัญก็ตาม

ประวัติแบตเตอรี่

หากคุณย้อนรอยประวัติของแบตเตอรี่ จะเห็นได้ชัดว่า Alessendro Volta เป็นคนแรกที่ก้าวไปสู่การสร้างสรรค์แบตเตอรี่เหล่านี้ แต่เขาไม่รู้ว่าจะสร้างเซลล์กัลวานิกที่เขาได้รับแบบชาร์จใหม่ได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันอีกคน วิลเฮล์ม ซินสเตเดน สังเกตผลของการผลิตกระแสตรงโดยการแช่แผ่นตะกั่วในกรดซัลฟิวริก แต่ไม่ได้ข้อสรุปที่สามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้

เราเป็นหนี้การสร้างแบตเตอรี่ให้กับชาวฝรั่งเศส นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ได้สร้างต้นแบบของเขาในปี พ.ศ. 2402 ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ตะกั่วกรดซึ่งสามารถชาร์จใหม่ได้ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ไฟฟ้า

โทมัส เอดิสัน นักประดิษฐ์หลอดไฟชาวอเมริกัน เริ่มสนใจคุณสมบัติของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ เขาเป็นคนแรกที่เกิดแนวคิดในการใช้แบตเตอรี่เพื่อการขนส่งและมีส่วนในการเริ่มการผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ เอดิสันไม่เพียงแต่เป็นนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่เท่านั้น แต่ยังใช้งานได้จริงอีกด้วย คนกำลังคิด- ต้องขอบคุณเขาที่ทำให้ไฟฟ้ากลายเป็นบริการสำหรับมนุษยชาติอย่างแท้จริง

ตั้งแต่นั้นมา สาระสำคัญของกระบวนการกักเก็บพลังงานในแบตเตอรี่ตะกั่วกรดไม่ได้เปลี่ยนแปลงเลย มีเพียงวัสดุที่ใช้ในการผลิตเท่านั้นที่เปลี่ยนไป กล่องแบตเตอรี่สีดำามะเกลือแบบเก่าถูกแทนที่ด้วยกล่องแบตเตอรี่โพลีโพรพีลีนสมัยใหม่ Ebonite เป็นวัสดุที่ทนต่อแรงกระแทกน้อยกว่า และโพลีโพรพีลีนมีราคาถูกกว่ามาก

แบตเตอรี่รถยนต์สมัยใหม่

แบตเตอรี่รถยนต์สมัยใหม่นั้นมีแผ่นตะกั่วที่มีรูพรุนแบบตาข่ายเหมือนกัน (อันหนึ่งคือตะกั่วและอีกอันคือตะกั่วไดออกไซด์) จุ่มลงในอิเล็กโทรไลต์ที่เตรียมจากส่วนผสมของน้ำกลั่นและกรดซัลฟิวริกพร้อมสารเติมแต่งมากมายที่ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของมัน แต่ เทคโนโลยีใหม่ล่าสุดซึ่งใช้ในการผลิตแบตเตอรี่รถยนต์แบบชาร์จไฟได้ช่วยปรับปรุงคุณลักษณะอย่างมีนัยสำคัญ ลดการกัดกร่อน เพิ่มอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ปรับปรุงการรับและจ่ายประจุไฟฟ้า ลดการสูญเสียน้ำและการไหลของมวลที่ใช้งาน เพิ่ม ระบอบการปกครองของอุณหภูมิโดยการเพิ่มความต้านทานต่อน้ำค้างแข็ง อุปกรณ์เพิ่มเติมบางอย่าง เช่น ไฟแสดง ช่วยให้คุณสามารถตรวจสอบระดับประจุแบตเตอรี่ได้

ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของแบตเตอรี่สมัยใหม่คือการเพิ่มค่ากระแสสตาร์ทเตอร์ ซึ่งช่วยให้สตาร์ทเครื่องยนต์ได้อย่างเสถียรในทุกสภาวะ สภาพอุณหภูมิและอีกมากมาย ระยะยาวบริการโดยลดการปลดปล่อยตัวเอง