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: 4580847
ขณะนี้มี 21 บุคคลทั่วไป ออนไลน์
ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่ ตอน 1 PDF พิมพ์

สาระน่ารู้: ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่ ตอน 1

บุญรักษ์ กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

Carbon Zinc Battery 

       ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีพัฒนาการมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 แล้วจนถึงปัจจุบันเราสามารถพบเห็นอุปกรณ์เหล่านี้หลากหลายแบบได้ในท้องตลาด เพราะมันได้รับการออกแบบและผลิตมาให้เหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ตั้งแต่ของธรรมดาอย่างกระบอกไฟฉาย 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

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


ภาพตัดขวางของถ่านไฟฉายคาร์บอน-สังกะส

        ปฏิกิริยาเคมีของถ่านไฟฉายจะเกิดต่อเนื่องไปจนกระทั่งสารแมงกานีสไดออกไซด์ทำปฏิกิริยาจนหมด หมายความว่าถ่านไฟฉายหมดไฟแล้ว ซึ่งผู้ใช้ควรทำการถอดถ่านออกจากตัวอุปกรณ์ไฟฟ้า เพราะสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ยังอยู่ในก้อนถ่านไฟฉายมีฤทธิ์เป็นกรด ดังนั้นสารจะเกิดปฏิกิริยาเคมีกับกระป๋องสังกะสีต่อได้ ทำให้สารเคมีภายในรั่วออกมาสร้างความเสียหายแก่อุปกรณ์ไฟฟ้าได้

        จุดเด่นของถ่านไฟฉายธรรมดาคือ ราคาถูกและมีหลายขนาดให้เลือกใช้ แต่จุดด้อยคือ ถ่านไฟฉายชนิดนี้ให้พลังงานได้น้อยที่สุดเมื่อเทียบกับถ่านชนิดอื่น นอกจากนี้หากเก็บในสถานที่มีอุณหภูมิที่ร้อนหรือเย็นเกินไปจะมีผลทำให้ประสิทธิภาพของถ่านลดลง

ถ่านไฟฉาย Heavy Duty

        ถ่านไฟฉายบางชนิดจะติดคำว่า “Heavy Duty” ไว้ที่ฉลาก นี่เป็นเซลล์คาร์บอน-สังกะสีเหมือนถ่านไฟฉายธรรมดา แต่มีประสิทธิภาพการจ่ายไฟสูงกว่าถ่านไฟฉายธรรมดา ถ่านเฮฟวี่ดิวตี้ (Heavy Duty) เป็นถ่านที่พัฒนามาจากถ่านคาร์บอน-สังกะสี ดังนั้นถ่านจึงมีโครงสร้างและส่วนประกอบเหมือนถ่านไฟฉายธรรมดาเกือบทั้งหมด ยกเว้นแค่ถ่านเฮฟวี่ดิวตี้ใช้สารละลายซิงค์คลอไรด์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์เพียงชนิดเดียว

        อันที่จริงผู้ผลิตถ่านไฟฉายทราบมานานแล้วว่า การผลิตถ่านไฟฉายสามารถใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ชนิดเดียวได้ แต่ติดปัญหาว่าสารละลายซิงค์คลอไรด์มีความเป็นกรดจึงไม่สามารถกักเก็บไว้ในกระป๋องสังกะสีได้นาน จนถึงช่วงทศวรรษที่ 1960 เมื่อเทคโนโลยีทางวัสดุพัฒนามากขึ้นจนผู้ผลิตพบวิธีเพิ่มประสิทธิภาพของตัวกั้น (separator) ระหว่างชั้นแคโทดและชั้นแอโนดแล้ว จึงสามารถผลิตถ่านเฮฟวี่ดิวตี้ออกมาใช้งานได้จริง

ถ่านแอลคาไลน์

        ถ่านแอลคาไลน์เป็นถ่านไฟฉายที่เกิดในปี ค.ศ. 1959 พัฒนาขึ้นโดย ลิวอิส เออร์รี (Lewis Urry) วิศวกรของบริษัทผลิตถ่านไฟฉายเอเวอร์เรดี้ (Eveready) ถ่านแอลคาไลน์มีจุดเด่นที่สามารถให้พลังงานไฟฟ้าได้สูงกว่าถ่านธรรมดา 4 – 9 เท่า (ขึ้นอยู่กับสภาวะการใช้งาน) และมีช่วงอุณหภูมิของการใช้งานกว้างกว่าถ่านธรรมดา

        การพัฒนาถ่านไฟฉายแอลคาไลน์ของลิววิสได้ต้นแบบมาจากแบตเตอรี่แอลคาไลน์ที่โธมัส เอดิสันพัฒนาขึ้นระหว่างปลายทศวรรษที่ 1890 ถึงต้นทศวรรษที่ 1900  แบตเตอรี่แอลคาไลน์ของเอดิสันใช้โปตัสเซียมไฮดรอกไซด์ (potassium hydroxide) ซึ่งมีฤทธิ์เบสเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ใช้เหล็กเป็นแอโนด และใช้สารประกอบนิกเกิลออกไซด์ (nickel oxide) เป็นแคโทด ขณะที่ลิววิสใช้สารแมงกานีสไดออกไซด์เป็นแคโทด ส่วนแอโนด ลูอิสเปลี่ยนจากการใช้ถ้วยสังกะสีเป็นผงสังกะสีแทน และใช้สารโปตัสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์แทน

        หลังจากทดลองอันยาวนาน ลิววิสนำเสนอผลงานของเขาต่อระดับบริหารด้วยการเชิญผู้บริหารมาที่โรงอาหารของบริษัทเพื่อดูรถของเล่นที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า โดยคันหนึ่งใส่ถ่านแอลคาไลน์และอีกคันใส่ถ่านไฟฉายธรรมดา ซึ่งรถคันที่ใส่ถ่านแอลคาไลน์สามารถแล่นกลับไป-มาได้หลายรอบมากกว่า ว่ากันว่าช่วงแรกที่เริ่มทดลองเพื่อนพนักงานในบริษัทมาร่วมให้กำลังใจจำนวนมาก แต่เมื่อเวลาผ่านไปเพื่อนพนักงานต่างทยอยกันกลับไปทำงานที่โต๊ะ เพราะรถทดลองที่ใช้ถ่านแอลคาไลน์ไม่มีแนวโน้มว่าถ่านจะหมดสักที

        ทุกวันนี้ ถ่านแอลคาไลน์ที่จำหน่ายทั่วไปในท้องตลาดมีประสิทธิภาพการให้พลังงานสูงกว่าถ่านต้นแบบของลิววิสมาก เพราะได้ผ่านการปรับปรุงและพัฒนาหลายอย่างไม่ว่าจะเป็นการเลือกใช้ผงสังกะสีที่มีความบริสุทธิ์สูง และมีขนาดอนุภาคใกล้เคียงกัน เลือกใช้แมงกานีสไดออกไซด์สังเคราะห์แทนแร่แมงกานีสไดออกไซด์จากธรรมชาติ เพราะมีความบริสุทธิ์มากกว่า ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีมีความสม่ำเสมอมากขึ้น และยังมีการเติมสารซิงค์ออกไซด์ (zinc oxide) ลงไปเพื่อชะลอการกร่อนของผงสังกะสีด้วย


ภาพตัดขวางของถ่านอัลคาไลน์

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

< ก่อนหน้า   ถัดไป >