การประดิษฐ์แบตเตอรี่ ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์ แบตเตอรี่ สร้าง “เสาโวลต้า” ของเราเอง

วันนี้ลองจินตนาการถึงชีวิตของคุณที่ไม่มี อุปกรณ์ไฟฟ้ายากมาก. ยิ่งกว่านั้นเราไม่ได้พูดถึงเครื่องใช้ในครัวเรือนขนาดใหญ่ แต่เกี่ยวกับอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ทำให้ชีวิตสะดวกสบายยิ่งขึ้น นาฬิกาแขวน รีโมทคอนโทรล ไฟฉาย และอื่นๆ อีกมากมาย อุปกรณ์ขนาดเล็กที่เราคุ้นเคยกันดีนั้นใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบพกพา เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานมีเสถียรภาพคุณเพียงแค่ต้องการ ซื้อแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้- แต่แหล่งพลังงานนี้ปรากฏเมื่อไม่นานมานี้!

ประวัติความเป็นมาของแบตเตอรี่

ขั้นตอนแรกในการปรากฏตัวของแบตเตอรี่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์จากอิตาลี Luigi Galvani ซึ่งศึกษาปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่ออิทธิพลต่างๆ แก่นแท้ของการค้นพบของเขาคือกระแสน้ำไหลผ่านขาของกบเมื่อมีแถบสองแถบ ประเภทต่างๆโลหะ นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายสิ่งที่เขาเห็นได้ แต่ผลงานของเขามีประโยชน์มากสำหรับนักวิจัยอีกคนคือ Alessandro Volta

ชาวอิตาลีคนนี้สามารถคลี่คลายสาระสำคัญของกระบวนการได้และตระหนักว่าการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้านั้นอำนวยความสะดวกโดยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่าง โลหะต่างๆในสภาพแวดล้อมบางอย่าง ด้วยการวางแผ่นสังกะสีและทองแดงลงในสารละลายเกลือ เขาได้สร้างแบตเตอรี่เซลล์ปฐมภูมิก้อนแรกของโลก ซึ่งหลังจากการพัฒนาเพิ่มเติม เขาเรียกว่า "เสาโวลตา" นี่คือในปี 1800

แบตเตอรี่ก้อนแรกปรากฏขึ้นในภายหลังมาก - ในปี 1859 เมื่อชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ทำการทดลองซ้ำของเพื่อนร่วมงานโดยใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกอ่อนและแผ่นตะกั่วสองแผ่น ลักษณะเฉพาะของแบตเตอรี่นี้คือต้องชาร์จจากแหล่งจ่ายกระแสตรงจากนั้นจึงปล่อยประจุออกมาเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า

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

เพื่อนร่วมชั้น

คนแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยบังเอิญเมื่อปลายศตวรรษที่ 17 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Luigi Galvani ในความเป็นจริงเป้าหมายของการวิจัยของกัลวานีไม่ใช่การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ แต่เป็นการศึกษาปฏิกิริยาของสัตว์ทดลองต่ออิทธิพลภายนอกต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปรากฏการณ์การเกิดและการไหลของกระแสไฟฟ้าถูกค้นพบเมื่อมีการติดแถบโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันเข้ากับกล้ามเนื้อขาของกบ กัลวานีพัฒนาคำอธิบายทางทฤษฎีที่ไม่ถูกต้องสำหรับกระบวนการสังเกต แต่การทดลองของเขากลายเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีอีกคนหนึ่ง อเลสซานโดร โวลตา ซึ่งเป็นผู้กำหนดสูตรจริง แนวคิดหลักสิ่งประดิษฐ์ - สาเหตุของกระแสไฟฟ้าคือปฏิกิริยาเคมีที่มีแผ่นโลหะเข้ามามีส่วนร่วม เพื่อยืนยันทฤษฎีของเขา โวลต์ได้สร้างอุปกรณ์ง่ายๆ ซึ่งประกอบด้วยแผ่นสังกะสีและทองแดงจุ่มลงในภาชนะที่มีน้ำเกลือ อุปกรณ์นี้เองที่กลายเป็นแบตเตอรี่อัตโนมัติตัวแรกของโลกและเป็นต้นกำเนิดของแบตเตอรี่สมัยใหม่ซึ่งเรียกว่าเซลล์กัลวานิกเพื่อเป็นเกียรติแก่ Luigi Galvani

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 แม้จะมีการปรากฏของแหล่งกระแสไฟฟ้าปฐมภูมิอื่นๆ ที่มีลักษณะเฉพาะสูงกว่าในเวลาต่อมา เซลล์เกลือแมงกานีส-สังกะสีก็ถูกนำมาใช้ในวงกว้างมาก สาเหตุหลักมาจากราคาที่ค่อนข้างต่ำ

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในการออกแบบแบตเตอรี่ (และอุปกรณ์ใดๆ ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่) คือการบรรลุถึงความจุเฉพาะสูงสุดสำหรับเซลล์ที่มีขนาดและน้ำหนักที่กำหนด (ขั้นต่ำ) ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในองค์ประกอบจะกำหนดทั้งความจุและขนาดทางกายภาพ โดยหลักการแล้ว ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาแบตเตอรี่ทั้งหมดอยู่ที่การค้นหาระบบเคมีใหม่ๆ และบรรจุลงในบรรจุภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

วันนี้มีมากมาย ประเภทต่างๆแบตเตอรี่ซึ่งบางส่วนได้รับการพัฒนาย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 19 ในขณะที่แบตเตอรี่อื่นๆ เพิ่งฉลองครบรอบหนึ่งทศวรรษ ความหลากหลายนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแต่ละเทคโนโลยีมีจุดแข็งของตัวเอง เราจะพูดถึงสิ่งที่พบบ่อยที่สุดที่ใช้ในอุปกรณ์มือถือ
แบตเตอรี่แห้ง

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

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

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

แม้ว่าธาตุสังกะสีคลอไรด์จะมีความจุสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับธาตุ Leclanchet แต่ข้อดีนี้ก็จะหายไปเมื่อมีโหลดต่ำ ดังนั้นจึงมักถูกเรียกว่า "งานหนัก" นั่นคือองค์ประกอบที่มีพลังเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพขององค์ประกอบแบบแห้งทั้งหมดจะลดลงอย่างมากเมื่อภาระเพิ่มขึ้น นั่นคือเหตุผลที่ไม่ควรติดตั้งในกล้องสมัยใหม่ เนื่องจากไม่ได้ออกแบบมาเพื่อสิ่งนี้

ไม่ว่ากระต่ายสีชมพูจะวิ่งไปโฆษณากี่ตัว แบตเตอรี่อัลคาไลน์ก็ยังคงเป็นแร่ธาตุถ่านหิน-สังกะสีแบบเดิมตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือส่วนผสมอิเล็กโทรไลต์ที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษ ซึ่งช่วยเพิ่มความจุและอายุการเก็บของแบตเตอรี่ดังกล่าว ความลับคืออะไร? ส่วนผสมนี้มีความเป็นด่างมากกว่าอีกสองประเภทเล็กน้อย

ถ้า องค์ประกอบทางเคมีสำหรับแบตเตอรี่อัลคาไลน์จะแตกต่างจากองค์ประกอบของ Leclanche เพียงเล็กน้อย ดังนั้นการออกแบบจึงมีความแตกต่างอย่างมาก คุณอาจพูดได้ว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์เป็นเซลล์แห้งที่กลับด้านออก ปลอกด้านนอกไม่ใช่ขั้วบวก แต่เป็นเพียงเกราะป้องกัน ขั้วบวกที่นี่คือส่วนผสมคล้ายเจลลี่ของผงสังกะสีผสมกับอิเล็กโทรไลต์ (ซึ่งก็คือ สารละลายที่เป็นน้ำโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) แคโทดซึ่งเป็นส่วนผสมของคาร์บอนและแมงกานีสไดออกไซด์ ล้อมรอบแอโนดและอิเล็กโทรไลต์ มันถูกคั่นด้วยชั้นของวัสดุไม่ทอเช่นโพลีเอสเตอร์

แบตเตอรี่อัลคาไลน์มีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่คาร์บอนสังกะสีทั่วไปถึง 4-5 เท่า ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ความแตกต่างนี้จะสังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษในโหมดการใช้งานนี้ เมื่อช่วงเวลาสั้นๆ ที่มีภาระสูงสลับกับการไม่มีการใช้งานเป็นระยะเวลานาน

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่ใช้อยู่นั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ หากคุณใส่ไว้ในเครื่องชาร์จ มันจะไม่ทำงานเหมือนแบตเตอรี่ แต่จะเหมือนตัวต้านทาน - มันจะเริ่มร้อนขึ้น หากไม่นำออกจากที่นั่นทันเวลา มันจะร้อนพอที่จะระเบิดได้

ชื่อบอกเราว่าแบตเตอรี่ประเภทนี้มีขั้วบวกนิกเกิลและแคโทดแคดเมียม แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียม (เรียกว่า Ni-Cad) ได้รับความนิยมอย่างสมควรในหมู่ผู้บริโภคทั่วโลก สิ่งนี้ไม่น้อยเนื่องจากสามารถทนต่อรอบการคายประจุได้จำนวนมาก - 500 และแม้แต่ 1,000 - โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ยังมีน้ำหนักเบาและใช้พลังงานมาก (แม้ว่าความจุเฉพาะจะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของแบตเตอรี่อัลคาไลน์) ในทางกลับกัน มีแคดเมียมที่เป็นพิษ ดังนั้นคุณต้องระมัดระวังให้มากขึ้นทั้งในระหว่างการใช้งานและหลังการกำจัดแคดเมียม

แรงดันไฟขาออกของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะลดลงเมื่อคายประจุเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีจะเพิ่มความต้านทานภายใน แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมมีความต้านทานภายในต่ำมากดังนั้นจึงสามารถจ่ายกระแสไฟที่แรงพอสมควรให้กับเอาต์พุตซึ่งยิ่งกว่านั้นในทางปฏิบัติแล้วจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อคายประจุ ดังนั้นแรงดันไฟขาออกจึงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติจนกว่าประจุจะหมดลงจนหมด จากนั้นแรงดันไฟขาออกจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเกือบเป็นศูนย์

ระดับแรงดันไฟขาออกคงที่เป็นข้อได้เปรียบในการออกแบบ ไดอะแกรมไฟฟ้าแต่ยังทำให้การกำหนดระดับการชาร์จปัจจุบันแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากคุณสมบัตินี้ พลังงานที่เหลืออยู่จึงคำนวณตามเวลาการทำงานและความจุที่ทราบของแบตเตอรี่ประเภทใดประเภทหนึ่ง ดังนั้นจึงเป็นค่าโดยประมาณ

ข้อเสียเปรียบที่ร้ายแรงกว่านั้นคือ "เอฟเฟกต์หน่วยความจำ" หากแบตเตอรี่ดังกล่าวยังคายประจุไม่หมดและปล่อยให้ชาร์จต่อไป ความจุของแบตเตอรี่อาจลดลง ความจริงก็คือเมื่อมีการชาร์จที่ "ผิด" ผลึกแคดเมียมจะก่อตัวบนขั้วบวก พวกเขามีบทบาทเป็น "หน่วยความจำ" ทางเคมีของแบตเตอรี่โดยจดจำระดับกลางนี้ เมื่อประจุแบตเตอรี่ลดลงถึงระดับนี้ในระหว่างการคายประจุครั้งถัดไป 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 แต่แคโทดนั้นทำมาจากไฮไดรด์ ซึ่งจริงๆ แล้ว โลหะผสมซึ่งสามารถกักเก็บอะตอมไฮโดรเจนได้ แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำอ่อนกว่ามาก และมีอัตราส่วนความจุต่อขนาดโดยรวมที่ดีกว่า อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์สามารถทนต่อรอบการชาร์จและคายประจุได้น้อยกว่าและมีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม นอกจากนี้ปัญหาสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์คือการคายประจุเองจำนวนมาก - ในแต่ละวันหากไม่มีโหลด แบตเตอรี่ประเภทนี้สามารถสูญเสียความจุได้มากถึง 5%

แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ในโลกเป็นแบตเตอรี่ตะกั่ว ส่วนใหญ่จะใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ของรถยนต์ การพัฒนาของ Plante กลายเป็นต้นแบบขององค์ประกอบเหล่านี้ พวกเขายังมีแอโนดที่ทำจากตะกั่วของเซลล์และแคโทดที่ทำจากลีดออกไซด์ อิเล็กโทรดทั้งสองถูกแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ - กรดซัลฟิวริก

แบตเตอรี่เหล่านี้มีน้ำหนักมากเนื่องจากตะกั่ว และเนื่องจากเต็มไปด้วยกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (ซึ่งทำให้แบตเตอรี่หนักขึ้นด้วย) พวกมันจึงกลายเป็นอันตรายและต้องการการดูแลเป็นพิเศษ กรดและควันสามารถทำลายวัตถุใกล้เคียงได้ (โดยเฉพาะวัตถุที่เป็นโลหะ) และถ้าคุณหักโหมจนเกินไปด้วยการชาร์จ อิเล็กโทรไลซิสของน้ำในกรดอาจเริ่มต้นขึ้น สิ่งนี้จะผลิตไฮโดรเจนซึ่งเป็นก๊าซที่ระเบิดได้เมื่อใด เงื่อนไขบางประการอาจระเบิดได้ (เช่นในกรณีของการระเบิดของ Hindenburg)

การสลายตัวของน้ำในแบตเตอรี่อาจทำให้เกิดผลอีกอย่างหนึ่งได้ กล่าวคือ ปริมาณน้ำทั้งหมดในแบตเตอรี่จะลดลง ในขณะเดียวกัน พื้นที่ปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่จะลดลง และความจุของแบตเตอรี่ก็ลดลงตามไปด้วย นอกจากนี้ การลดลงของของเหลวยังทำให้แบตเตอรี่คายประจุได้เนื่องจากการสัมผัสกับบรรยากาศ อิเล็กโทรดสามารถลอกออกและทำให้แบตเตอรี่ลัดวงจรได้

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดก้อนแรกต้องมีการบำรุงรักษาเป็นประจำ โดยจำเป็นต้องรักษาระดับน้ำ/กรดภายในแต่ละเซลล์ตามที่ต้องการ เนื่องจากมีเพียงน้ำในแบตเตอรี่เท่านั้นที่ผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนเฉพาะน้ำเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของแบตเตอรี่ ผู้ผลิตแนะนำให้ใช้เฉพาะน้ำกลั่นในการบำรุงรักษา โดยปกติแบตเตอรี่จะเติมให้อยู่ในระดับปกติ หากไม่มีรอยบนแบตเตอรี่ต้องเติมให้ของเหลวมาปกคลุมแผ่นอิเล็กโทรดด้านใน

ในอุปกรณ์ที่อยู่กับที่ ตัวเรือนแบตเตอรี่ทำจากแก้ว ไม่เพียงแต่กักเก็บกรดได้ดี แต่ยังช่วยให้อีกด้วย พนักงานบริการกำหนดสถานะขององค์ประกอบได้โดยไม่ยากลำบากมาก เทคโนโลยียานยนต์ต้องการตัวเรือนที่ทนทานมากขึ้น วิศวกรใช้ไม้กำมะถันหรือพลาสติกเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้

เมื่อเซลล์ถูกปิดผนึกแล้ว ความง่ายในการใช้งานของแบตเตอรี่ตะกั่วเหล่านี้ก็กลายเป็นสิ่งล้ำค่า เป็นผลให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าแบตเตอรี่ที่ไม่ต้องบำรุงรักษา เนื่องจากไอยังคงอยู่ในเซลล์ ความสูญเสียจากอิเล็กโทรไลซิสจึงลดลง ดังนั้นแบตเตอรี่ดังกล่าวจึงไม่จำเป็นต้องเติมน้ำ (อย่างน้อยก็ไม่ควรเติม)

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 เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถอัพเกรดแบตเตอรี่ได้ตามความต้องการเฉพาะ เช่น การใช้งานที่มีรอบการคายประจุนาน (ซึ่งใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานเพียงอย่างเดียว) หรือการใช้งานพลังงานอย่างต่อเนื่อง เช่น ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ แบตเตอรี่ตะกั่วยังมีความต้านทานภายในต่ำ จึงสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่สูงมากได้ ต่างจากองค์ประกอบที่แปลกใหม่อื่น ๆ เช่น นิกเกิลแคดเมียม พวกมันไม่ได้รับผลกระทบจากความจำ (ผลกระทบนี้เมื่อใช้กับเซลล์นิกเกิล-แคดเมียม จะลดความจุของแบตเตอรี่หากคุณชาร์จใหม่ก่อนที่จะคายประจุจนหมด) นอกจากนี้ แบตเตอรี่ดังกล่าวยังมีอายุการใช้งานยาวนานและสามารถคาดเดาได้ และแน่นอนว่าราคาถูก

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

การป้องกันกระแสไฟฟ้า

เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมสามารถผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส ซึ่งก็คือการสลายน้ำในอิเล็กโทรไลต์ให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อาจระเบิดได้ ผู้ผลิตแบตเตอรี่ใช้มาตรการต่างๆ เพื่อป้องกันผลกระทบนี้ โดยปกติแล้ว องค์ประกอบต่างๆ จะถูกปิดผนึกเพื่อป้องกันการรั่วซึม นอกจากนี้ แบตเตอรี่ยังได้รับการออกแบบให้ผลิตออกซิเจนมากกว่าไฮโดรเจนก่อน ซึ่งป้องกันปฏิกิริยาอิเล็กโทรลิซิส

เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ที่ปิดสนิทระเบิดและมีก๊าซสะสมอยู่ในแบตเตอรี่ แบตเตอรี่มักจะติดตั้งวาล์วไว้ หากช่องระบายอากาศเหล่านี้ถูกปิดกั้น อาจมีความเสี่ยงที่จะเกิดการระเบิด โดยปกติแล้วรูเหล่านี้จะเล็กมากจนไม่มีใครสังเกตเห็น พวกเขาทำงานโดยอัตโนมัติ คำเตือนนี้ (ไม่ปิดกั้นช่องระบายอากาศ) ใช้กับผู้ผลิตอุปกรณ์เป็นหลัก ช่องใส่แบตเตอรี่มาตรฐานต้องมีการระบายอากาศ แต่หากคุณเติมแบตเตอรี่ลงในอีพอกซีเรซิน จะไม่มีการระบายอากาศ

ลิเธียมเป็นโลหะที่ออกฤทธิ์ทางเคมีมากที่สุด และใช้อย่างแม่นยำในระบบที่มีขนาดกะทัดรัดที่สุดที่ให้พลังงานแก่อุปกรณ์เคลื่อนที่ที่ทันสมัยที่สุด ลิเธียมแคโทดใช้ในแบตเตอรี่ความจุสูงเกือบทั้งหมด แต่ด้วยกิจกรรมของโลหะนี้ แบตเตอรี่จึงไม่เพียงแต่มีความจุมากเท่านั้น แต่ยังมีความจุสูงสุดอีกด้วย แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับ- เซลล์ที่ประกอบด้วยลิเธียมมีแรงดันเอาต์พุตตั้งแต่ 1.5 V ถึง 3.6 V ขึ้นอยู่กับขั้วบวก!

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

เพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้ ผู้ผลิตแบตเตอรี่จึงพยายามใช้ลิเธียมในรูปของไอออน ด้วยวิธีนี้ พวกเขาสามารถได้รับคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่มีประโยชน์ทั้งหมดโดยไม่ต้องจัดการกับรูปแบบโลหะตามอำเภอใจ

ในเซลล์ลิเธียมไอออน ลิเธียมไอออนจะถูกจับกันด้วยโมเลกุลของวัสดุอื่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปมีคาร์บอนแอโนดและลิเธียมโคบอลต์ไดออกไซด์แคโทด อิเล็กโทรไลต์มีพื้นฐานมาจากสารละลายเกลือลิเธียม

แบตเตอรี่ลิเธียมมีความหนาแน่นสูงกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ตัวอย่างเช่น ในแล็ปท็อป แบตเตอรี่ดังกล่าวอาจมีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ถึงหนึ่งเท่าครึ่ง นอกจากนี้ เซลล์ลิเธียมไอออนยังปราศจากผลกระทบต่อหน่วยความจำที่รบกวนแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมในยุคแรกๆ

ในทางกลับกัน ความต้านทานภายในของเซลล์ลิเธียมสมัยใหม่นั้นสูงกว่าเซลล์นิกเกิลแคดเมียม ดังนั้นจึงไม่สามารถให้กระแสน้ำที่แรงเช่นนี้ได้ ในขณะที่องค์ประกอบนิกเกิลแคดเมียมสามารถละลายเหรียญได้ แต่องค์ประกอบลิเธียมไม่สามารถทำได้ แต่ถึงกระนั้นพลังงานของแบตเตอรี่ดังกล่าวก็เพียงพอที่จะใช้งานแล็ปท็อปได้หากไม่เกี่ยวข้องกับโหลดที่ไม่ต่อเนื่อง (ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์บางอย่างเช่นฮาร์ดไดรฟ์หรือซีดีรอมไม่ควรทำให้เกิดไฟกระชากสูงที่ สภาวะที่รุนแรง - ตัวอย่างเช่น ระหว่างการหมุนครั้งแรกหรือการตื่นจากโหมดสลีป) ยิ่งไปกว่านั้น แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะสามารถทนต่อการชาร์จได้หลายร้อยครั้ง แต่ก็มีอายุการใช้งานน้อยกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้นิกเกิล

เนื่องจากเซลล์ลิเธียมไอออนใช้อิเล็กโทรไลต์เหลว (แม้ว่าจะแยกจากกันด้วยชั้นของเนื้อเยื่อ) เซลล์เหล่านี้จึงมีรูปทรงทรงกระบอกเกือบตลอดเวลา แม้ว่ารูปร่างนี้จะไม่เลวร้ายไปกว่ารูปร่างของเซลล์อื่นๆ แต่ด้วยการถือกำเนิดของอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ทันสมัยที่สุดที่ใช้ในปัจจุบันคือลิเธียมโพลีเมอร์ มีแนวโน้มในหมู่ผู้ผลิตทั้งแบตเตอรี่และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่มีต่อการเปลี่ยนไปใช้องค์ประกอบประเภทนี้อย่างค่อยเป็นค่อยไป ข้อได้เปรียบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์คือการไม่มีอิเล็กโทรไลต์เหลว ไม่ นี่ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีที่จะทำได้โดยปราศจากอิเล็กโทรไลต์โดยสิ้นเชิง ขั้วบวกถูกแยกออกจากแคโทดด้วยตัวกั้นโพลีเมอร์ ซึ่งเป็นวัสดุคอมโพสิต เช่น โพลีอะคริโลไนไตรต์ที่มีเกลือลิเธียม

เนื่องจากไม่มีส่วนประกอบที่เป็นของเหลว เซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์จึงมีรูปทรงได้เกือบทุกรูปร่าง ไม่เหมือนแบตเตอรี่ทรงกระบอกประเภทอื่นๆ รูปแบบบรรจุภัณฑ์ทั่วไปสำหรับสิ่งเหล่านี้คือแผ่นแบนหรือแท่ง ในรูปแบบนี้ควรเติมพื้นที่ช่องใส่แบตเตอรี่ให้ดีขึ้น ด้วยเหตุนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ที่มีรูปทรงเหมาะสมที่สุดจึงสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เทียบเคียงได้ถึง 22% สำหรับความถ่วงจำเพาะที่เท่ากัน ซึ่งทำได้โดยการเติมปริมาตรที่ "เสีย" ไว้ที่มุมของช่อง ซึ่งจะยังคงไม่ได้ใช้งานหากใช้แบตเตอรี่ทรงกระบอก

นอกจากข้อดีที่ชัดเจนเหล่านี้แล้ว เซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์ยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีน้ำหนักเบากว่า เนื่องจากไม่มีปลอกโลหะภายนอก
แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กซัลไฟด์

ต่างจากแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยลิเธียมอื่นๆ ซึ่งมีแรงดันเอาต์พุตมากกว่า 3V แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กซัลไฟด์มีแรงดันเอาต์พุตเพียงครึ่งหนึ่ง นอกจากนี้ยังไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ เทคโนโลยีนี้แสดงให้เห็นถึงการประนีประนอมที่นักพัฒนาได้ทำเพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟลิเธียมสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้แบตเตอรี่อัลคาไลน์

องค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่มีการเปลี่ยนแปลงเป็นพิเศษ ในนั้นลิเธียมแอโนดจะถูกแยกออกจากแคโทดของเหล็กซัลไฟด์ด้วยชั้นอิเล็กโทรไลต์ แซนวิชนี้บรรจุในกล่องปิดผนึกพร้อมไมโครวาล์วเพื่อการระบายอากาศ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม

เซลล์ประเภทนี้ได้รับการออกแบบให้เป็นคู่แข่งกับแบตเตอรี่อัลคาไลน์ เมื่อเปรียบเทียบกับลิเธียมไอรอนไดซัลไฟด์จะมีน้ำหนักน้อยกว่าถึงหนึ่งในสาม มีความจุมากกว่า และยังสามารถเก็บไว้ได้นานกว่าอีกด้วย แม้จะเก็บไว้นานถึงสิบปี แต่ก็ยังเก็บประจุได้เกือบทั้งหมด

มีความเหนือกว่าคู่แข่งอย่างเห็นได้ชัด ในวิธีที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ภายใต้ภาระหนัก สำหรับกระแสโหลดสูง เซลล์ลิเธียมไอรอนไดซัลไฟด์จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์ที่มีขนาดเท่ากันถึง 2.5 เท่า หากเอาต์พุตไม่ต้องการกระแสไฟฟ้าสูง ความแตกต่างนี้จะสังเกตเห็นได้น้อยกว่ามาก 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

การทำงานของเครื่องชาร์จมีสองโหมด - ด้วย แรงดันไฟฟ้าคงที่และด้วยกระแสตรง

อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดคืออุปกรณ์แรงดันคงที่ โดยจะผลิตแรงดันไฟฟ้าเท่ากันเสมอ และจ่ายกระแสไฟที่ขึ้นอยู่กับระดับประจุของแบตเตอรี่ (และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ) เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จ แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความแตกต่างระหว่างศักยภาพของเครื่องชาร์จและแบตเตอรี่จึงลดลง ส่งผลให้กระแสไหลผ่านวงจรน้อยลง

สิ่งที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวคือหม้อแปลงไฟฟ้า (เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จให้อยู่ในระดับที่แบตเตอรี่ต้องการ) และวงจรเรียงกระแส (เพื่อแก้ไข เครื่องปรับอากาศคงที่ใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่) อุปกรณ์ชาร์จแบบธรรมดาดังกล่าวใช้เพื่อชาร์จรถยนต์และขนส่งแบตเตอรี่

ตามกฎแล้วแบตเตอรี่ตะกั่วสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟสำรองจะถูกชาร์จด้วยอุปกรณ์ที่คล้ายกัน นอกจากนี้ ยังใช้อุปกรณ์แรงดันคงที่เพื่อชาร์จเซลล์ลิเธียมไอออนอีกด้วย มีการเพิ่มวงจรเพื่อปกป้องแบตเตอรี่และเจ้าของเท่านั้น

เครื่องชาร์จประเภทที่สองให้กระแสไฟคงที่และเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ต้องการ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงประจุเต็ม การชาร์จจะหยุดลง (โปรดจำไว้ว่า แรงดันไฟฟ้าที่เซลล์สร้างขึ้นจะลดลงขณะคายประจุ) โดยปกติแล้ว อุปกรณ์ดังกล่าวจะชาร์จเซลล์นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์

ยกเว้น ระดับที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าต้องรู้ว่าต้องใช้เวลานานเท่าใดในการชาร์จองค์ประกอบ แบตเตอรี่อาจเสียหายได้หากคุณชาร์จนานเกินไป ขึ้นอยู่กับประเภทของแบตเตอรี่และ "ความฉลาด" ของเครื่องชาร์จ มีการใช้เทคโนโลยีหลายอย่างเพื่อกำหนดเวลาการชาร์จ

ในกรณีที่ง่ายที่สุดจะใช้แรงดันไฟฟ้าที่สร้างโดยแบตเตอรี่สำหรับสิ่งนี้ เครื่องชาร์จจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงระดับเกณฑ์ แต่เทคโนโลยีนี้ไม่เหมาะกับทุกองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น สำหรับนิกเกิลแคดเมียมนั้นไม่เป็นที่ยอมรับ ในองค์ประกอบเหล่านี้ เส้นโค้งการปล่อยประจุจะอยู่ใกล้กับเส้นตรง และอาจเป็นเรื่องยากมากที่จะกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าที่เกณฑ์

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

อุปกรณ์อัจฉริยะใช้ทั้งสองวิธีนี้ สามารถเปลี่ยนจากกระแสชาร์จสูงเป็นกระแสเล็กหรือสามารถรองรับได้ ดี.ซี.ใช้เซ็นเซอร์แรงดันและอุณหภูมิพิเศษ

เครื่องชาร์จแบบมาตรฐานจะมีกระแสไฟชาร์จต่ำกว่ากระแสไฟที่ปล่อยออกมาของเซลล์ และอุปกรณ์ชาร์จที่มีค่ากระแสไฟสูงกว่าจะให้กระแสไฟมากกว่ากระแสคายประจุที่กำหนดของแบตเตอรี่ อุปกรณ์สำหรับการชาร์จอย่างต่อเนื่องโดยใช้กระแสไฟต่ำ เช่น กระแสไฟน้อยจนทำให้แบตเตอรี่ไม่คายประจุเองเท่านั้น (ตามคำนิยาม อุปกรณ์ดังกล่าวใช้เพื่อชดเชยการคายประจุเอง) โดยปกติกระแสไฟชาร์จในอุปกรณ์ดังกล่าวจะอยู่ที่หนึ่งในยี่สิบหรือหนึ่งในสามสิบ จัดอันดับปัจจุบันการคายประจุแบตเตอรี่ อุปกรณ์ชาร์จสมัยใหม่สามารถทำงานได้ที่กระแสไฟชาร์จหลายกระแส พวกเขาใช้กระแสที่สูงกว่าในตอนแรกและค่อยๆ เปลี่ยนไปใช้กระแสที่ต่ำกว่าเมื่อเข้าใกล้ประจุเต็ม หากคุณใช้แบตเตอรี่ที่สามารถทนต่อการชาร์จกระแสต่ำ (เช่น แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมไม่สามารถทำได้) เมื่อสิ้นสุดรอบการชาร์จ อุปกรณ์จะเปลี่ยนเป็นโหมดนี้ ที่ชาร์จแล็ปท็อปส่วนใหญ่และ โทรศัพท์มือถือออกแบบมาเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับองค์ประกอบต่างๆ อย่างถาวรโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อองค์ประกอบเหล่านั้น

อย่างที่คุณอาจเดาได้แล้วเราจะพูดถึงเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ ซึ่งมีมากมายในชีวิตประจำวันของเราเกี่ยวกับแบตเตอรี่ ใน โลกสมัยใหม่แบตเตอรี่ล้อมรอบเราทุกที่ ไม่ว่าจะเป็น e-reader หรือนาฬิกา รีโมทคอนโทรลของทีวีหรือแบตเตอรี่ในโทรศัพท์มือถือ เราคุ้นเคยกับการมีอยู่และการมีอยู่ของมันเป็นอย่างดีซึ่งในทางปฏิบัติแล้วเราไม่ได้สังเกตเห็นการมีอยู่ของมัน ซึ่งใน ความจริงแล้วได้รับความช่วยเหลือจากความจริงที่ว่าพวกมันมีขนาดต่างกัน

สำหรับเรา แบตเตอรี่กลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว!

กาลครั้งหนึ่งเมื่อรุ่งเช้าของการปรากฏตัว มันเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างใหญ่และเป็นเพียงแหล่งที่มาเดียว พลังงานไฟฟ้าบนโลกที่มนุษย์เข้าถึงได้

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

หลังจากอ่านบทความของกัลวานีเรื่อง “แรงไฟฟ้าในกล้ามเนื้อ” อเลสซานโดร โวลตาสังเกตเห็นว่าไฟฟ้าปรากฏเฉพาะเมื่อมีโลหะสองชนิดเท่านั้น ดังนั้น เขาจึงทำการทดลองครั้งแรกทันที ซึ่งประกอบด้วยเหรียญสองเหรียญใส่ปาก เหรียญหนึ่งอยู่บนลิ้นและอีกเหรียญอยู่ข้างใต้ ขณะที่เชื่อมต่อเหรียญเหล่านั้นด้วยลวด และรู้สึกถึงรสเค็ม

ประสบการณ์นี้กระตุ้นให้เขาคิด ซึ่งผลลัพธ์ก็คือความต่อเนื่องของการวิจัยที่เขาเริ่มต้นไว้เพียงในวงกว้างเท่านั้น

การทดลองอย่างหนึ่งคือการติดตั้งวงกลมโลหะมากกว่าร้อยวงกลมทับกัน โดยคั่นด้วยกระดาษและชุบน้ำเกลือ ผลลัพธ์ที่จะเกิดขึ้นไม่นาน Alessandro ตรวจสอบความรู้สึกในภาษาของเขาเองอีกครั้ง และมั่นใจว่ามีไฟฟ้าอยู่ในอุปกรณ์ของเขา ในขณะที่สังเกตเห็นว่ามีไฟฟ้าอยู่ตลอดเวลา

หลังจากการทดลองหลายครั้ง Alessandro Volta ได้สร้างแบตเตอรี่ขึ้นมา ประกอบด้วยแผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสีที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม ลดลงเป็นคู่ลงในภาชนะที่มีกรดเจือจาง

จริงอยู่อุปกรณ์นี้ไม่ได้รับชื่อที่เราคุ้นเคยในทันที - แบตเตอรี่ ในตอนแรกอุปกรณ์นี้ถูกเรียกว่า "มงกุฎแห่งหลอดเลือด" และในขณะนั้นก็เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุด

หากเราแปลให้เป็นมาตรฐานสมัยใหม่ ดังที่เป็นธรรมเนียมในปัจจุบัน “มงกุฎแห่งภาชนะ” ในยุคของเราก็จะเพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับเครื่องรับวิทยุธรรมดาเท่านั้น

ต่อจากนั้น Alessandro Volta เปลี่ยนชื่อสิ่งประดิษฐ์ของเขาเพื่อเป็นเกียรติแก่ Luigi Galvani และเรียกมันว่าเซลล์กัลวานิก

ชื่อนี้ยังคงอยู่มาจนถึงทุกวันนี้แม้ว่าตัวอุปกรณ์จะมีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่สำคัญก็ตาม

ประวัติศาสตร์ของแบตเตอรีเริ่มต้นในศตวรรษที่ 17 อันห่างไกล และปู่ของแบตเตอรีเป็นแพทย์ นักกายวิภาคศาสตร์ นักสรีรวิทยา และนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี - Luigi Galvani ชายผู้มีค่าควรคนนี้เป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้าและเป็นผู้บุกเบิกอย่างไม่ต้องสงสัยในการศึกษาไฟฟ้าสรีรวิทยา

กัลวานีค้นพบสิ่งที่เรียกว่า "ไฟฟ้าของสัตว์" ในระหว่างการทดลองครั้งหนึ่งของเขา เขาติดแถบโลหะสองแถบไว้ที่กล้ามเนื้อขาของกบ และพบว่าเมื่อกล้ามเนื้อหดตัว จะมีการปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมา อย่างไรก็ตาม ความพยายามของกัลวานีในการอธิบายปรากฏการณ์นี้ไม่ประสบความสำเร็จอย่างสิ้นเชิง: พื้นฐานทางทฤษฎีซึ่งเขาสรุปกลับกลายเป็นว่าไม่ถูกต้อง แต่สิ่งนี้ชัดเจนมากในภายหลัง ผลการทดลองที่กัลวานีได้รับในหนึ่งศตวรรษครึ่งต่อมาทำให้เพื่อนร่วมชาติและเพื่อนร่วมงานของเขาสนใจ มันคืออเลสซานโดร โวลต้า

แม้ในวัยหนุ่มของเขาโดยเริ่มสนใจการศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและคุ้นเคยกับผลงานของบี. แฟรงคลินโวลตาได้ติดตั้งสายล่อฟ้าตัวแรกในเมืองโคโม นอกจากนี้ เขายังส่ง J.A. นักวิชาการชาวปารีส Nollet เขียนเรียงความซึ่งเขาได้กล่าวถึงปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าต่างๆ เป็นผลให้โวลตาเริ่มสนใจงานของกัลวานี

หลังจากศึกษาผลการทดลองกับกบอย่างรอบคอบแล้ว Alessandro Volta ได้สังเกตรายละเอียดอย่างหนึ่งที่ Galvani เองไม่ได้ใส่ใจ: หากสายที่ทำจากโลหะที่แตกต่างกันเชื่อมต่อกับกบ การหดตัวของกล้ามเนื้อก็จะแข็งแกร่งขึ้น

ไม่พอใจกับคำอธิบายที่เสนอโดยบรรพบุรุษของเขา Volta จึงตั้งสมมติฐานที่กล้าหาญและคาดไม่ถึงอย่างยิ่ง: เขาตัดสินใจว่าโลหะสองชนิดถูกแยกออกจากกันโดยตัวที่มีน้ำจำนวนมากซึ่งเป็นตัวนำที่ดี กระแสไฟฟ้า(ไม่ต้องสงสัยเลยว่ากบสามารถจัดอยู่ในกลุ่มดังกล่าวได้) ให้กำเนิดพลังงานไฟฟ้าของพวกมันเอง เพื่อไม่ให้ไม่มีมูลความจริง นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองเพิ่มเติมหลายชุดเพื่อยืนยันข้อสันนิษฐานของเขา

ในปี 1800 เมื่อวันที่ 20 มีนาคม อเลสซานโดร โวลตาเขียนถึงประธานราชสมาคมแห่งลอนดอน เซอร์โจเซฟ แบงก์ส เกี่ยวกับสิ่งประดิษฐ์ของเขา - แหล่งไฟฟ้าใหม่ที่เรียกว่าคอลัมน์โวลตาอิก นักประดิษฐ์เองก็ไม่เข้าใจกลไกการทำงานทั้งหมดของผลิตผลของเขาอย่างถ่องแท้และเชื่ออย่างจริงจังด้วยซ้ำว่าเขาได้สร้างแบบจำลองการทำงานที่สมบูรณ์ของเครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดเวลา

อย่างไรก็ตาม Alessandro Volta แสดงให้ชุมชนวิทยาศาสตร์เห็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของความสุภาพเรียบร้อยในการวิจัย: เขาเสนอให้เรียกสิ่งประดิษฐ์ของเขาว่า "เซลล์กัลวานิก" เพื่อเป็นเกียรติแก่ Luigi Galvani ซึ่งการทดลองทำให้เขามีแนวคิดนี้

กายวิภาคของแบตเตอรี่

“แบตเตอรี่” รุ่นแรกมีลักษณะอย่างไร จริงๆ แล้ว A. Volta บรรยายถึงอุปกรณ์ในการประดิษฐ์ของเขาอย่างละเอียดมากในจดหมายถึงเซอร์โจเซฟ แบงก์ส การทดลองครั้งแรกของเขามีลักษณะดังนี้: โวลตาจุ่มทองแดงและแผ่นสังกะสีลงในขวดกรด แล้วต่อเข้าด้วยกันด้วยลวด หลังจากนั้น แผ่นสังกะสีก็เริ่มละลาย และฟองก๊าซก็ปรากฏขึ้นบนเหล็กทองแดง "เสาโวลต้า"- นี่อาจกล่าวได้ว่าเป็นแผ่นสังกะสี ทองแดง และผ้าที่เชื่อมต่อถึงกัน แช่ในกรดและซ้อนกันตามลำดับที่แน่นอน

ใน "แบบปากกา" สมัยใหม่และแบตเตอรี่อื่นๆ "การเติม" ค่อนข้างซับซ้อนกว่า ตัวแบตเตอรี่ประกอบด้วยรีเอเจนต์เคมี ซึ่งปฏิกิริยานี้จะปล่อยพลังงานออกมา เช่นเดียวกับอิเล็กโทรดสองตัว ได้แก่ แอโนดและแคโทด รีเอเจนต์เหล่านี้ถูกแยกออกจากกันด้วยปะเก็นพิเศษ ซึ่งไม่อนุญาตให้ส่วนที่เป็นของแข็งของรีเอเจนต์ผสมกัน แต่ในขณะเดียวกันก็ปล่อยให้อิเล็กโทรไลต์เหลวผ่านเข้าไปได้

อิเล็กโทรไลต์เหลวทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นที่เป็นของแข็ง ส่งผลให้เกิดประจุ ที่ตัวทำปฏิกิริยาแอโนดจะมีค่าเป็นลบ และที่ตัวทำปฏิกิริยาแคโทดจะเป็นค่าบวก เพื่อป้องกันการทำให้ประจุเป็นกลาง ชิ้นส่วนที่เป็นของแข็งของรีเอเจนต์จะถูกแยกออกจากกันด้วยเมมเบรน

เพื่อให้สามารถ "ลบ" ประจุที่เกิดขึ้นและถ่ายโอนไปยังหน้าสัมผัสได้ ตัวสะสมปัจจุบันจะถูกแทรกเข้าไปในรีเอเจนต์แอโนดซึ่งดูง่ายมาก - พินที่บางและไม่ยาวมาก แบตเตอรี่ยังมีตัวสะสมกระแสแคโทดซึ่งอยู่ใต้เปลือกแบตเตอรี่ ตัวเปลือกเองเรียกว่าปลอกด้านนอก

ตัวสะสมกระแสไฟฟ้าทั้งสองตัวสัมผัสกับขั้วบวกและแคโทดภายในแบตเตอรี่ รูปแบบการทำงานของแบตเตอรี่ที่ได้จะเป็นดังนี้: ปฏิกิริยาเคมี, การแยกประจุบนรีเอเจนต์, การถ่ายโอนประจุไปยังตัวสะสมกระแสไฟฟ้า จากนั้นไปยังอิเล็กโทรดและอุปกรณ์ขับเคลื่อน

มีแบตเตอรี่ประเภทใดบ้าง?

แบตเตอรี่มีสามประเภท แบบแรกจะขึ้นอยู่กับขนาดมาตรฐานของเซลล์กัลวานิก ในชีวิตประจำวันเรามักจะใช้แบตเตอรี่แบบ "นิ้ว" หรือ "พิ้งกี้" แต่นอกเหนือจากนี้ยังมีแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดกลางและขนาดใหญ่อีกด้วยรวมถึงแบตเตอรี่สองประเภทซึ่งมีรูปทรงขนานกัน: “มงกุฎ ” และเพียงแค่สี่เหลี่ยมจัตุรัส นี่คือรายการรูปแบบต่างๆ ที่พบบ่อยที่สุด

แหล่งจ่ายไฟอัตโนมัติก็แตกต่างกันไปตามประเภทของอิเล็กโทรไลต์ ตามกฎแล้วแบตเตอรี่ที่ถูกที่สุดคือ "เกลือ" - คาร์บอน - สังกะสีอิเล็กโทรไลต์นี้แห้ง อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับอิเล็กโทรไลต์แห้งคือซิงค์คลอไรด์ แบตเตอรี่ดังกล่าวมีราคาค่อนข้างถูกและมีจำหน่ายทั่วไป

ตัวเลือกอิเล็กโทรไลต์ถัดไปคืออัลคาไลน์ แบตเตอรี่เหล่านี้บอกว่า อัลคาไลน์และภายในมีอิเล็กโทรไลต์อัลคาไล-แมงกานีส, แมงกานีส-สังกะสี ข้อเสียเปรียบหลักคือมีสารปรอทสูง

แบตเตอรี่ที่มีอิเล็กโทรไลต์ปรอทไม่ได้ผลิตขึ้นในปัจจุบัน อิเล็กโทรไลต์สีเงินแสดงคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่ดี แต่การผลิตแบตเตอรี่ดังกล่าวต้องใช้เงินจำนวนมาก

อิเล็กโทรไลต์ซิงค์แอร์ปลอดภัยที่สุดสำหรับมนุษย์และ สิ่งแวดล้อม- มีราคาไม่แพงและใช้งานได้นาน แต่ความหนาของแบตเตอรี่คือ 1.5 เท่าของแบตเตอรี่อัลคาไลน์/เงินทั่วไป นอกจากนี้ เพื่อป้องกันการคายประจุเองระหว่างการเก็บรักษา จะต้องปิดผนึกแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ลิเธียมมีราคาค่อนข้างแพง แต่คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพนั้นสูงกว่าแบตเตอรี่อื่นๆ อย่างมาก

อีกวิธีหนึ่งในการแบ่งแบตเตอรี่ออกเป็นกลุ่มคือการกำหนดประเภทของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในตัวแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาหลักเกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิก - ในแบตเตอรี่ธรรมดาที่สุด ไม่สามารถชาร์จได้ซึ่งแตกต่างจาก แบตเตอรี่ซึ่งเกิดปฏิกิริยาเคมีทุติยภูมิ

กฎการใช้และการกำจัด

ไม่แนะนำให้ใช้แบตเตอรี่ที่อุณหภูมิสูงมาก - เย็นจัดหรือร้อนจัด สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ผลที่ไม่พึงประสงค์อย่างมาก หากคุณต้องใช้แบตเตอรี่ในที่เย็น เช่น ภายนอกในฤดูหนาว แนะนำให้เก็บแบตเตอรี่ไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลาอย่างน้อยครึ่งชั่วโมง

มันเกิดขึ้นที่แบตเตอรี่โดยเฉพาะแบตเตอรี่อัลคาไลน์รั่ว สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อซีลของกล่องแบตเตอรี่แตก ห้ามใช้แบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ว่าในกรณีใดก็ตาม เพราะอาจทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้าเสียหายได้

สำหรับการทิ้งแบตเตอรี่หรือเครื่องสะสมที่ใช้แล้ว ควรจัดการโดยองค์กรหรือองค์กรพิเศษ ใน เมืองใหญ่ๆคุณจะพบจุดรวบรวมที่ได้รับการจัดระเบียบเป็นพิเศษ โดยคุณสามารถส่งมอบแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วเพื่อการรีไซเคิลต่อไปได้ จริงอยู่ที่ไม่ใช่ทุกเมืองจะมีจุดต้อนรับเช่นนี้ คำถามว่าจะทำอย่างไรในกรณีนี้ยังคงเปิดอยู่

• อ. โวลตา. “เรื่องไฟฟ้าตื่นเต้นจากการสัมผัสสารนำไฟฟ้าต่างๆ อย่างง่ายดาย”
• Radovsky M.I. "กัลวานีและโวลตา"
• สปาสกี้ บี.ไอ. "ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์".
• วิกิพีเดียสารานุกรมอิเล็กทรอนิกส์ฟรี หัวข้อ "แหล่งที่มาของสารเคมีในปัจจุบัน"
• วิกิพีเดียสารานุกรมอิเล็กทรอนิกส์ฟรี หัวข้อ "ขนาดมาตรฐานของเซลล์กัลวานิก"