แบตเตอรี่เกิดได้อย่างไร

เรียงความเกี่ยวกับภาพวาด

สมาร์ทโฟน แล็ปท็อป ไฟฉาย ของเล่นแบบโต้ตอบสำหรับเด็กและนาฬิกามีอะไรที่เหมือนกัน? คำตอบนั้นง่าย - แบตเตอรี่ ต้องขอบคุณวงกลม ทรงกระบอก และสี่เหลี่ยมที่มองไม่เห็นที่เราสามารถใช้ทั้งหมดนี้ได้

กี่ปีผ่านไปนับตั้งแต่มีการประดิษฐ์แบตเตอรี่? ส่วนใหญ่จะบอกว่ารูปแบบแรกปรากฏขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 18 ค่อนข้างสมเหตุสมผล เพราะในปี ค.ศ. 1798 เคานต์อเลสซานโดร โวลตา ชาวอิตาลี ได้สร้างแบตเตอรี่ดึกดำบรรพ์ชุดแรกที่เรียกว่า "Volta Pillar" เขาซ้อนแผ่นสังกะสีและทองแดงแล้วแยกออกด้วยผ้าชุบด่างหรือกรด “หอคอย” นี้สูงครึ่งเมตร แต่! มีหลักฐานว่าต้นกำเนิดของแบตเตอรี่มีอายุมากกว่า ตัวอย่างดั้งเดิมแรกสุดเป็นที่รู้จักของผู้คนเมื่อ 2,000 ปีก่อน

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 (พ.ศ. 2481) ในระหว่างการขุดค้นในอิรัก วิลเฮล์ม โคนิก พบหม้อดินเผาสูง 13 ซม. พร้อมกระบอกทองแดงซึ่งมีแท่งโลหะอื่นสอดเข้าไป นักโบราณคดีได้แนะนำว่านี่คือแบตเตอรี่ที่เก่าแก่ที่สุด

อย่างไรก็ตาม เราจะไม่ทราบอีกต่อไปว่าชาวอิรักโบราณใช้เหยือกนี้อย่างไร แต่มีความรู้มากมายเกี่ยวกับ Luigi Galvani ชาวอิตาลีและไฟฟ้าจากสัตว์ เขาสังเกตเห็นว่าตัวของกบกระตุกหากสัมผัสกับชิ้นส่วนโลหะสองชิ้น หรือตั้งอยู่ติดกับเครื่องใช้ไฟฟ้าและมีประกายไฟพุ่งออกมา ลุยจิแนะนำว่าไฟฟ้ามีอยู่ในร่างกายของสัตว์นั่นเอง

เป็นการทดลองกับขากบของเขาที่ทำให้โวลตาค้นหาแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า เขาทำการทดสอบหลายชุดและสังเกตว่าหากร่างกายของสัตว์สัมผัสกับวัตถุที่ทำจากโลหะชนิดเดียวกันก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้าโลหะนั้นแตกต่างกัน ผลที่ต้องการก็จะปรากฏขึ้น ด้วยการสร้างหอคอยของเขาจากแผ่นโลหะ เขาได้พิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าไม่ปรากฏในเนื้อเยื่อของสัตว์ การทดลองแสดงให้เห็นว่าสาเหตุของทุกสิ่งคือปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างโลหะชนิดต่างๆ ที่เชื่อมต่อกันด้วยตัวนำ (กัลวานีมีร่างของกบเป็นตัวนำ)

ชาวอิตาลีทั้งสองมีชื่อเสียงโด่งดัง และหน่วยวัดแรงดันไฟฟ้า โวลต์ และ "เซลล์กัลวานิก" ก็ได้รับการตั้งชื่อตามพวกเขา

เวลาผ่านไปน้อยมากนับตั้งแต่การค้นพบแบตเตอรี่หรือค่อนข้างเป็นคุณย่าทวดและในปี พ.ศ. 2379 จอร์จเฟรเดอริกแดเนียลชาวอังกฤษได้แก้ไขปัญหาหลักของ "คอลัมน์โวลตาอิก" - การกัดกร่อน

ในปี 1859 ชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ได้สร้างแบตเตอรี่ซึ่งก็คือปู่ทวดของเขา เขาใช้กรดซัลฟูริกและแผ่นตะกั่ว ข้อดีของอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นคือหลังจากชาร์จจากแหล่งจ่ายกระแสตรงแล้วมันก็ปล่อยมันออกไปและกลายเป็นแหล่งไฟฟ้า

ปี พ.ศ. 2411 ถือได้ว่าเป็นเวรกรรม Georges Leclanché นักเคมีจากฝรั่งเศส ได้สร้างเซลล์แบตเตอรี่ "แห้ง" ซึ่งเป็นต้นกำเนิด "ของเหลว" 20 ปีต่อมา Karl Gassner ชาวเยอรมันได้พยายามเพื่อให้ได้อันที่ "แห้ง" มากมา มันคล้ายกันในเกือบทุกด้านกับเวอร์ชันสมัยใหม่

หลังจากนั้นประวัติศาสตร์การผลิตแบตเตอรี่ก็ได้รับแรงผลักดันเท่านั้น เซลล์กัลวานิกได้เข้ามาแทนที่แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ภารกิจหลักของนักวิทยาศาสตร์คือการเพิ่มกำลังการผลิตและอายุการใช้งานตลอดจนการลดขนาด วิธีแก้ปัญหาคือการเกิดขึ้นของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและลิเธียมโพลีเมอร์ สามารถเก็บประจุได้เป็นเวลานานโดยไม่มีปัญหาใดๆ มีความจุสูงและมีขนาดเล็ก

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาแบตเตอรี่ยังคงดำเนินต่อไป นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาแบตเตอรี่ "นิรันดร์" และอาจพบได้ในไม่ช้า

ชีวิตสมัยใหม่ถูกครอบงำด้วยไฟฟ้าซึ่งมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง แม้จะคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าจู่ๆ เครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมดก็หายไปหรือใช้งานไม่ได้ก็น่ากลัว โรงไฟฟ้าประเภทต่างๆ ที่กระจายอยู่ทั่วโลก จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับเครือข่ายไฟฟ้าที่ใช้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ในการผลิตและที่บ้านเป็นประจำ อย่างไรก็ตาม บุคคลได้รับการออกแบบในลักษณะที่เขาไม่เคยพอใจกับสิ่งที่ตนมี การผูกสายไฟเข้ากับเต้ารับไฟฟ้านั้นไม่สะดวกเกินไป ความรอดในสถานการณ์นี้คืออุปกรณ์ที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับไฟฉายไฟฟ้า โทรศัพท์มือถือ กล้องถ่ายรูป และอุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้ห่างจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า แม้แต่เด็กเล็กก็ยังรู้จักชื่อของพวกเขา - แบตเตอรี่

พูดอย่างเคร่งครัดชื่อ "แบตเตอรี่" ในชีวิตประจำวันนั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด มันรวมแหล่งไฟฟ้าหลายประเภทที่ออกแบบมาเพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์โดยอัตโนมัติ ซึ่งอาจเป็นเซลล์กัลวานิกเซลล์เดียว แบตเตอรี่ หรือเซลล์ดังกล่าวหลายเซลล์รวมกันในแบตเตอรี่เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่กำจัดออก ความเชื่อมโยงนี้เองที่ทำให้เกิดชื่อที่คุ้นเคยกับหูของเรา

แบตเตอรี่ทั้งเซลล์กัลวานิกและตัวเก็บประจุเป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าทางเคมี แหล่งที่มาแรกดังกล่าวถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยบังเอิญซึ่งมักเกิดขึ้นในทางวิทยาศาสตร์โดยแพทย์และนักสรีรวิทยาชาวอิตาลี ลุยจิ กัลวานี เมื่อปลายศตวรรษที่ 18

แม้ว่าไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่มนุษย์รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ แต่ข้อสังเกตเหล่านี้ไม่ได้นำไปใช้ในทางปฏิบัติมานานหลายศตวรรษแล้ว มีเพียงในปี ค.ศ. 1600 เท่านั้นที่วิลเลียม กิลเบิร์ต นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษได้ตีพิมพ์ผลงานทางวิทยาศาสตร์เรื่อง "On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet Earth" ซึ่งสรุปข้อมูลที่ทราบในขณะนั้นเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก และในปี 1650 Otto von Guericke ได้สร้างเครื่องจักรเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต นั่นคือลูกบอลกำมะถันที่ติดอยู่บนแท่งโลหะ หนึ่งศตวรรษต่อมา ชาวดัตช์ Pieter van Musschenbroeck เป็นคนแรกที่สะสมไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยโดยใช้ตัวเก็บประจุตัวแรก "Leyden jar" อย่างไรก็ตาม มันเล็กเกินไปที่จะทำการทดลองอย่างจริงจัง นักวิทยาศาสตร์เช่น Benjamin Franklin, Georg Richmann และ John Walsh ศึกษาไฟฟ้า "ธรรมชาติ" กัลวานีสนใจงานเรื่องปลากระเบนไฟฟ้าส่วนหลัง

ตอนนี้ไม่มีใครจำจุดประสงค์ที่แท้จริงของการทดลองอันโด่งดังของกัลวานีได้ ซึ่งปฏิวัติสรีรวิทยาและจารึกชื่อของเขาไว้ในวิทยาศาสตร์ตลอดไป กัลวานีชำแหละกบและวางมันลงบนโต๊ะที่มีเครื่องไฟฟ้าสถิตตั้งอยู่ ผู้ช่วยของเขาใช้ปลายมีดผ่าตัดสัมผัสเส้นประสาทต้นขาของกบโดยไม่ได้ตั้งใจ และกล้ามเนื้อที่ตายแล้วก็หดตัวลงทันที ผู้ช่วยอีกคนตั้งข้อสังเกตว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อถอดประกายไฟออกจากรถแล้วเท่านั้น

ด้วยแรงบันดาลใจจากการค้นพบนี้ กัลวานีจึงเริ่มตรวจสอบปรากฏการณ์ที่ค้นพบอย่างเป็นระบบ นั่นคือความสามารถของยาที่ตายแล้วในการแสดงให้เห็นถึงการหดตัวที่สำคัญภายใต้อิทธิพลของไฟฟ้า หลังจากทำการทดลองหลายครั้ง กัลวานีได้รับผลลัพธ์ที่น่าสนใจเป็นพิเศษโดยใช้ตะขอทองแดงและแผ่นเงิน ถ้าตะขอจับอุ้งเท้าแตะจาน อุ้งเท้าแตะจานจะหดตัวทันทีและลุกขึ้น เมื่อสูญเสียการสัมผัสกับจาน กล้ามเนื้อของอุ้งเท้าก็ผ่อนคลายลงทันที มันตกลงไปบนจานอีกครั้ง หดตัวอีกครั้งและลุกขึ้น

ลุยจิ กัลวานี. ภาพประกอบของแม็กกาซีน ฝรั่งเศส. พ.ศ. 2423

ดังนั้น จากการทดลองอันอุตสาหะหลายครั้ง จึงได้ค้นพบแหล่งไฟฟ้าใหม่ อย่างไรก็ตาม กัลวานีเองก็ไม่คิดว่าสาเหตุของปรากฏการณ์ที่เขาค้นพบคือการสัมผัสกับโลหะที่แตกต่างกัน ในความเห็นของเขา แหล่งที่มาของกระแสคือกล้ามเนื้อซึ่งรู้สึกตื่นเต้นกับการกระทำของสมองที่ส่งผ่านเส้นประสาท การค้นพบของกัลวานีสร้างความฮือฮาและนำไปสู่การทดลองมากมายในสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ ในบรรดาผู้ติดตามของนักสรีรวิทยาชาวอิตาลีคือ Alessandro Volta นักฟิสิกส์เพื่อนร่วมชาติของเขา

ในปี 1800 โวลตาไม่เพียงแต่ให้คำอธิบายที่ถูกต้องสำหรับปรากฏการณ์ที่กัลวานีค้นพบเท่านั้น แต่ยังได้ออกแบบอุปกรณ์ที่กลายมาเป็นแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าทางเคมีประดิษฐ์แห่งแรกของโลก ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของแบตเตอรี่สมัยใหม่ทั้งหมด ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองตัว ได้แก่ แอโนดที่มีสารออกซิไดซ์และแคโทดที่มีสารรีดิวซ์ โดยสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ (สารละลายของเกลือ กรด หรืออัลคาไล) ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดในกรณีนี้กับพลังงานอิสระของปฏิกิริยารีดอกซ์ (อิเล็กโตรไลซิส) ในระหว่างนี้อิออนไอออนบวกของอิเล็กโทรไลต์ (ไอออนที่มีประจุบวก) จะลดลง และแอนไอออน (ไอออนที่มีประจุลบ) จะถูกออกซิไดซ์ที่อิเล็กโทรดที่สอดคล้องกัน . ปฏิกิริยาสามารถเริ่มต้นได้ก็ต่อเมื่ออิเล็กโทรดเชื่อมต่อกันด้วยวงจรภายนอก (โวลตาเชื่อมต่อด้วยลวดธรรมดา) ซึ่งอิเล็กตรอนอิสระผ่านจากแคโทดไปยังขั้วบวกทำให้เกิดกระแสคายประจุ และถึงแม้ว่าแบตเตอรี่สมัยใหม่จะมีความเหมือนกันเล็กน้อยกับอุปกรณ์ Volta แต่หลักการทำงานของแบตเตอรี่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง: นี่คืออิเล็กโทรดสองตัวที่แช่อยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์และเชื่อมต่อด้วยวงจรภายนอก

สิ่งประดิษฐ์ของโวลตาเป็นแรงผลักดันสำคัญในการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้า ในปีเดียวกันนั้น นักวิทยาศาสตร์ William Nicholson และ Anthony Carlyle ใช้อิเล็กโทรไลซิสเพื่อสลายน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน และหลังจากนั้นไม่นาน Humphry Davy ก็ค้นพบโลหะโพแทสเซียมในลักษณะเดียวกัน

การทดลองของกัลวานีกับกบ การแกะสลัก พ.ศ. 2336

แต่ก่อนอื่น เซลล์กัลวานิกเป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 เมื่อเครื่องใช้ไฟฟ้าชิ้นแรกปรากฏขึ้น การผลิตแบตเตอรี่เคมีจำนวนมากก็เริ่มขึ้น

องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: ประเภทหลักซึ่งปฏิกิริยาเคมีไม่สามารถย้อนกลับได้ และประเภทรองซึ่งสามารถชาร์จใหม่ได้

สิ่งที่เราเคยเรียกว่าแบตเตอรี่คือแหล่งที่มาทางเคมีหลักของกระแสไฟ หรืออีกนัยหนึ่งคือองค์ประกอบที่ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ แบตเตอรี่ชนิดแรกที่เข้าสู่การผลิตจำนวนมากคือแบตเตอรี่แมงกานีส-สังกะสีที่มีเกลือและอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้น ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นในปี 1865 โดยชาวฝรั่งเศส Georges Leclanche จนถึงต้นทศวรรษ 1940 นี่เป็นเซลล์กัลวานิกชนิดเดียวที่ใช้จริง ซึ่งเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ จึงยังคงแพร่หลายอยู่ในปัจจุบัน แบตเตอรี่ดังกล่าวเรียกว่าเซลล์แห้งหรือเซลล์คาร์บอนสังกะสี

แบตเตอรี่ไฟฟ้าขนาดยักษ์ที่ออกแบบโดย W. Wollaston สำหรับการทดลองของ H. Davy

แผนการทำงานของแหล่งจ่ายสารเคมีเทียมโดย A. Volta

ในปี 1803 Vasily Petrov ได้สร้างเสาไฟฟ้าโวลตาอิกที่ทรงพลังที่สุดในโลกโดยใช้วงกลมโลหะ 4,200 วง เขาสามารถพัฒนาแรงดันไฟฟ้าได้ 2,500 โวลต์และยังค้นพบปรากฏการณ์ที่สำคัญเช่นอาร์คไฟฟ้าซึ่งต่อมาเริ่มใช้ในการเชื่อมไฟฟ้ารวมถึงฟิวส์ไฟฟ้าของวัตถุระเบิด

แต่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่แท้จริงคือการถือกำเนิดของแบตเตอรี่อัลคาไลน์ แม้ว่าองค์ประกอบทางเคมีของพวกมันจะไม่แตกต่างจากธาตุ Leclanchet เป็นพิเศษ และแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับธาตุแห้ง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการออกแบบ ธาตุอัลคาไลน์สามารถมีอายุการใช้งานได้นานกว่าธาตุแห้งถึงสี่ถึงห้าเท่า อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขบางประการ เงื่อนไข.

งานที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาแบตเตอรี่คือการเพิ่มความจุจำเพาะของเซลล์ในขณะที่ลดขนาดและน้ำหนักลง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จึงมีการค้นหาระบบเคมีใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง เซลล์ปฐมภูมิที่มีเทคโนโลยีสูงที่สุดในปัจจุบันคือลิเธียม กำลังการผลิตเป็นสองเท่าของเซลล์แห้ง และอายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก นอกจากนี้ ในขณะที่แบตเตอรี่แห้งและอัลคาไลน์จะค่อยๆ คายประจุ แบตเตอรี่ลิเธียมจะรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้เกือบตลอดอายุการใช้งาน และหลังจากนั้นจะสูญเสียพลังงานทันที แต่แม้แต่แบตเตอรี่ที่ดีที่สุดก็ไม่สามารถเปรียบเทียบประสิทธิภาพกับแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ ซึ่งหลักการนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการกลับตัวของปฏิกิริยาเคมีได้

ผู้คนเริ่มคิดถึงความเป็นไปได้ในการสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวในศตวรรษที่ 19 ในปี พ.ศ. 2402 ชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ได้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ตะกั่วกรด กระแสไฟฟ้าในนั้นเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของตะกั่วและตะกั่วไดออกไซด์ในสภาพแวดล้อมของกรดซัลฟิวริก ในระหว่างการสร้างกระแสไฟฟ้า แบตเตอรี่ที่คายประจุแล้วจะใช้กรดซัลฟิวริก ทำให้เกิดตะกั่วซัลเฟตและน้ำ ในการชาร์จ กระแสจากแหล่งอื่นจะต้องผ่านวงจรในทิศทางตรงกันข้าม และน้ำจะถูกใช้เพื่อสร้างกรดซัลฟิวริก ปล่อยตะกั่วและตะกั่วไดออกไซด์

แม้จะมีการอธิบายหลักการทำงานของแบตเตอรี่ดังกล่าวมานานแล้ว แต่การผลิตจำนวนมากเริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น เนื่องจากการชาร์จอุปกรณ์ต้องใช้กระแสไฟฟ้าแรงสูงตลอดจนการปฏิบัติตามเงื่อนไขอื่น ๆ หลายประการ . ด้วยการพัฒนาเครือข่ายไฟฟ้า แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจึงกลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้และยังคงใช้อยู่ในปัจจุบันในรถยนต์ รถราง รถราง และวิธีการขนส่งไฟฟ้าอื่นๆ รวมถึงการจ่ายไฟฉุกเฉิน

เครื่องใช้ในครัวเรือนขนาดเล็กจำนวนมากยังใช้ "แบตเตอรี่แบบรีฟิล" ซึ่งเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ซึ่งมีรูปร่างเหมือนกับเซลล์โวลตาอิกที่ไม่หมุนเวียน การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าในด้านนี้โดยตรง

องค์ประกอบแบตเตอรี่ J. Leclanche

แบตเตอรี่แห้ง

โทรศัพท์มือถือ กล้องดิจิตอล เครื่องนำทาง คอมพิวเตอร์พกพา และอุปกรณ์อื่นที่คล้ายคลึงกันในศตวรรษที่ 21 สิ่งนี้จะไม่ทำให้ใครแปลกใจ แต่รูปลักษณ์ของมันเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการประดิษฐ์แบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัดคุณภาพสูง ความจุและอายุการใช้งานจะเพิ่มขึ้นทุกปี

แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมและนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์เป็นแบตเตอรี่ชนิดแรกที่ใช้แทนเซลล์กัลวานิก ข้อเสียเปรียบที่สำคัญคือ "เอฟเฟกต์หน่วยความจำ" - ความจุลดลงหากทำการชาร์จเมื่อแบตเตอรี่ยังใช้ไม่หมด นอกจากนี้ พวกเขาค่อยๆ สูญเสียการชาร์จแม้ว่าจะไม่มีโหลดก็ตาม ปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไขส่วนใหญ่โดยการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและลิเธียมโพลีเมอร์ ซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์เคลื่อนที่ ความจุของพวกเขาสูงกว่ามาก โดยชาร์จได้โดยไม่สูญเสียเมื่อใดก็ได้ และเก็บประจุได้ดีในสถานะสแตนด์บาย

เมื่อหลายปีก่อน มีข่าวลือรั่วไหลไปยังสื่อว่านักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันใกล้จะประดิษฐ์ "แบตเตอรี่นิรันดร์" ของเซลล์เบตาโวลตาอิก ซึ่งแหล่งพลังงานคือไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยอนุภาคบีตา สันนิษฐานว่าแหล่งพลังงานดังกล่าวจะทำให้โทรศัพท์มือถือหรือแล็ปท็อปทำงานโดยไม่ต้องชาร์จใหม่ได้นานถึง 30 ปี นอกจากนี้ เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน แบตเตอรี่ที่ไม่เป็นพิษและไม่มีกัมมันตภาพรังสีจะยังคงปลอดภัยอย่างแน่นอน การปรากฏตัวของอุปกรณ์มหัศจรรย์นี้ ซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะปฏิวัติอุตสาหกรรม คงจะกระทบกระเทือนกระเป๋าของผู้ผลิตแบตเตอรี่แบบเดิมอย่างหนัก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ว่าทำไมแบตเตอรี่ถึงไม่อยู่บนชั้นวาง

อุปกรณ์ทันสมัยสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ AA แบบชาร์จไฟได้

การประชุมทางวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติของโรงเรียน

เยาวชนและเด็กนักเรียน

"ค้นหา. ศาสตร์. กำลังเปิด"

เมืองโนโวเชบอคซาร์สค์

นิโคเลฟ อเล็กซานเดอร์

นักเรียนชั้น 5A ของสถาบันการศึกษาเทศบาล “มัธยมศึกษาปีที่ 13”

เมืองโนโวเชบอคซาร์สค์

หัวหน้างานด้านวิทยาศาสตร์:

โคมิสซาโรวา นาตาลียา อิวานอฟนา

ครูฟิสิกส์ สถาบันการศึกษาเทศบาล "มัธยมศึกษาปีที่ 13"

โนโวเชบอคซาร์สค์, 2011

2. ประวัติความเป็นมาของการสร้างแบตเตอรี่…..…………………………………………… 3-5

3. โครงสร้างแบตเตอรี่.. ……………………………………………………………… 5

4. การทดลอง………………………………………………………………………………………………… 5

5. เรื่องการใช้ผักผลไม้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ................ 7

6. ข้อสรุป…………………………………………………………………………... 8

7. วรรณกรรมที่ใช้……………………………………………………….. 8

การแนะนำ

งานของเราทุ่มเทให้กับแหล่งพลังงานที่ไม่ธรรมดา

แหล่งที่มาของสารเคมีในปัจจุบันมีบทบาทสำคัญมากในโลกรอบตัวเรา ใช้ในโทรศัพท์มือถือและยานอวกาศ ในขีปนาวุธและแล็ปท็อป ในรถยนต์ ไฟฉาย และของเล่นทั่วไป ทุกๆ วันเราเจอแบตเตอรี่ หม้อสะสม เซลล์เชื้อเพลิง

ครั้งแรกที่เราอ่านเกี่ยวกับการใช้ผลไม้แบบไม่เป็นทางการในหนังสือของ Nikolai Nosov ตามแผนของนักเขียน Shorty Vintik และ Shpuntik ซึ่งอาศัยอยู่ใน Flower City ได้สร้างรถยนต์ที่วิ่งด้วยโซดาพร้อมน้ำเชื่อม แล้วเราก็คิดว่า จะเกิดอะไรขึ้นถ้าผักและผลไม้เก็บความลับอื่นๆ ไว้ล่ะ? ด้วยเหตุนี้เราจึงต้องการเรียนรู้ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เกี่ยวกับคุณสมบัติที่ผิดปกติของผักและผลไม้

วัตถุประสงค์ของการทำงานของเราคือการศึกษาสมบัติทางไฟฟ้าของผักและผลไม้

เราได้กำหนดตัวเองดังต่อไปนี้ งาน:

1 ทำความรู้จักกับการออกแบบแบตเตอรี่และนักประดิษฐ์

2. ค้นหาว่ากระบวนการใดเกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่

3. ทดลองตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ "อร่อย" และกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้น

4. ประกอบวงจรที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่ดังกล่าวหลายก้อนแล้วลองจุดไฟ

5. ค้นหาว่าในทางปฏิบัติมีการใช้แบตเตอรี่ผักและผลไม้หรือไม่
ประวัติความเป็นมาของแบตเตอรี่

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าทางเคมีแหล่งแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยบังเอิญในปลายศตวรรษที่ 17 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี ลุยจิ กัลวานี ในความเป็นจริงเป้าหมายของการวิจัยของกัลวานีไม่ใช่การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ แต่เป็นการศึกษาปฏิกิริยาของสัตว์ทดลองต่ออิทธิพลภายนอกต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปรากฏการณ์การเกิดและการไหลของกระแสไฟฟ้าถูกค้นพบเมื่อมีการติดแถบโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันเข้ากับกล้ามเนื้อขาของกบ กัลวานีให้คำอธิบายทางทฤษฎีที่ไม่ถูกต้องสำหรับกระบวนการสังเกต

การทดลองของกัลวานีกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีอีกคนหนึ่ง อเลสซานโดร โวลตา เขากำหนดแนวคิดหลักของการประดิษฐ์ สาเหตุของกระแสไฟฟ้าคือปฏิกิริยาเคมีที่มีแผ่นโลหะเข้ามามีส่วนร่วม เพื่อยืนยันทฤษฎีของเขา โวลตาจึงสร้างอุปกรณ์ง่ายๆ ประกอบด้วยแผ่นสังกะสีและทองแดงแช่อยู่ในภาชนะที่มีน้ำเกลือ เป็นผลให้แผ่นสังกะสี (แคโทด) เริ่มละลายและมีฟองก๊าซปรากฏขึ้นบนเหล็กทองแดง (แอโนด) โวลตาเสนอแนะและพิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมแบตเตอรี่ทั้งหมดจากองค์ประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมซึ่งเขาสามารถเพิ่มแรงดันไฟขาออกได้อย่างมาก

เป็นอุปกรณ์นี้ที่กลายเป็นแบตเตอรี่ก้อนแรกของโลกและเป็นต้นกำเนิดของแบตเตอรี่สมัยใหม่ และแบตเตอรี่เพื่อเป็นเกียรติแก่ Luigi Galvani ปัจจุบันเรียกว่าเซลล์กัลวานิก

เพียงหนึ่งปีหลังจากนั้น ในปี 1803 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย วาซิลี เปตรอฟ ได้ประกอบแบตเตอรี่เคมีที่ทรงพลังที่สุด ซึ่งประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าทองแดงและสังกะสี 4,200 ขั้ว เพื่อสาธิตส่วนโค้งไฟฟ้า แรงดันเอาต์พุตของสัตว์ประหลาดตัวนี้สูงถึง 2,500 โวลต์ อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรใหม่โดยพื้นฐานใน "คอลัมน์โวลตาอิก" นี้

ในปี ค.ศ. 1836 นักเคมีชาวอังกฤษ จอห์น แดเนียล ได้ปรับปรุงธาตุโวลตาอิกโดยใส่อิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดงลงในสารละลายกรดซัลฟิวริก การออกแบบนี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อ "องค์ประกอบดาเนียล"

ในปี พ.ศ. 2402 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Gaston Plante ได้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ตะกั่วกรด เซลล์ประเภทนี้ยังคงใช้ในแบตเตอรี่รถยนต์ในปัจจุบัน

จุดเริ่มต้นของการผลิตทางอุตสาหกรรมสำหรับแหล่งสารเคมีหลักในปัจจุบันเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2408 โดยชาวฝรั่งเศส J. L. Leclanche ผู้เสนอเซลล์แมงกานีส-สังกะสีที่มีอิเล็กโทรไลต์เกลือ

ในปีพ.ศ. 2433 ที่นิวยอร์ก คอนราด ฮูเบิร์ต ผู้อพยพจากรัสเซีย ได้สร้างไฟฉายไฟฟ้าพกพาเครื่องแรก และในปี พ.ศ. 2439 บริษัท National Carbon ได้เริ่มผลิตเซลล์แห้งแห่งแรกของโลกที่มีชื่อว่า Leclanche "Columbia" เซลล์โวลตาอิกที่มีอายุยาวนานที่สุดคือแบตเตอรี่สังกะสี-ซัลเฟอร์ ซึ่งผลิตในลอนดอนในปี พ.ศ. 2383

จนถึงปี ค.ศ. 1940 เซลล์เกลือแมงกานีส-สังกะสีเป็นเพียงแหล่งเดียวที่ใช้ในปัจจุบัน

แม้จะมีการปรากฏของแหล่งกระแสไฟฟ้าปฐมภูมิอื่นๆ ที่มีลักษณะเฉพาะสูงกว่าในเวลาต่อมา เซลล์เกลือแมงกานีส-สังกะสีก็ถูกนำมาใช้ในวงกว้างมาก สาเหตุหลักมาจากราคาที่ค่อนข้างต่ำ

แหล่งจ่ายสารเคมีสมัยใหม่ใช้:

เป็นตัวรีดิวซ์ (ที่ขั้วบวก) - ตะกั่ว Pb, แคดเมียม Cd, สังกะสี Zn และโลหะอื่น ๆ

เป็นตัวออกซิไดซ์ (ที่แคโทด) - ตะกั่ว (IV) ออกไซด์ PbO2, นิกเกิลไฮดรอกไซด์ NiOOH, แมงกานีส (IV) ออกไซด์ MnO2 และอื่น ๆ

เป็นอิเล็กโทรไลต์ - สารละลายของด่าง, กรดหรือเกลือ
อุปกรณ์แบตเตอรี่

เซลล์กัลวานิกสมัยใหม่มีลักษณะภายนอกที่เหมือนกันเพียงเล็กน้อยกับอุปกรณ์ที่สร้างโดยอเลสซานโดร โวลตา แต่หลักการพื้นฐานยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แบตเตอรี่ผลิตและกักเก็บไฟฟ้า ภายในเซลล์แห้งมีสามส่วนหลักที่จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ นี่คืออิเล็กโทรดลบ (-) อิเล็กโทรดบวก (+) และอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ระหว่างพวกเขาซึ่งเป็นส่วนผสมของสารเคมี ปฏิกิริยาเคมีทำให้อิเล็กตรอนไหลจากขั้วลบผ่านอุปกรณ์แล้วกลับสู่ขั้วบวก ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์จึงใช้งานได้ เมื่อสารเคมีหมด แบตเตอรี่ก็จะหมด

กล่องใส่แบตเตอรี่ซึ่งทำจากสังกะสีสามารถหุ้มด้านนอกด้วยกระดาษแข็งหรือพลาสติกได้ ภายในเคสมีสารเคมีอยู่ในรูปของแป้ง และแบตเตอรี่บางรุ่นมีแกนคาร์บอนอยู่ตรงกลาง หากพลังงานแบตเตอรี่ลดลง แสดงว่าสารเคมีถูกใช้หมดแล้วและแบตเตอรี่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้อีกต่อไป

การชาร์จแบตเตอรี่ดังกล่าวเป็นไปไม่ได้หรือสิ้นเปลืองมาก (เช่น ในการชาร์จแบตเตอรี่บางประเภท คุณจะต้องใช้พลังงานมากกว่าที่จะเก็บได้หลายสิบเท่า ในขณะที่แบตเตอรี่ประเภทอื่นสามารถสะสมได้เพียงส่วนเล็กๆ ของประจุเดิมเท่านั้น) หลังจากนี้ สิ่งที่คุณต้องทำคือทิ้งแบตเตอรี่ลงถังขยะ

แบตเตอรี่สมัยใหม่ส่วนใหญ่ได้รับการพัฒนาแล้วในศตวรรษที่ 20 ในห้องปฏิบัติการของบริษัทขนาดใหญ่หรือมหาวิทยาลัย
ส่วนการทดลอง

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าหากไฟฟ้าดับที่บ้าน คุณสามารถใช้มะนาวทำให้บ้านสว่างได้สักพัก ท้ายที่สุดแล้ว ผักและผลไม้ทุกชนิดก็มีไฟฟ้า เนื่องจากพวกมันจะชาร์จพลังงานให้กับมนุษย์เมื่อบริโภคเข้าไป

แต่เราไม่คุ้นเคยกับคำพูดของใครๆ ดังนั้นเราจึงตัดสินใจทดสอบโดยทดลอง ดังนั้น เพื่อสร้างแบตเตอรี่ที่ “อร่อย” เราจึงใช้:

• 
  มะนาว, แอปเปิ้ล, หัวหอม, มันฝรั่งดิบและต้ม;
• 
  แผ่นทองแดงหลายแผ่นจากชุดไฟฟ้าสถิต - นี่จะเป็นขั้วบวกของเรา
• 
  แผ่นสังกะสีจากชุดเดียวกัน - เพื่อสร้างขั้วลบ
• 
  สายไฟ, ที่หนีบ;
• 
  มิลลิโวลต์มิเตอร์ โวลต์มิเตอร์
• 
  แอมป์มิเตอร์
• 
  หลอดไฟบนขาตั้งออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้า 2.5 V และกระแส 0.16A

ผลไม้ส่วนใหญ่มีสารละลายกรดอ่อน นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมพวกมันจึงสามารถแปลงเป็นเซลล์กัลวานิกธรรมดาได้อย่างง่ายดาย ก่อนอื่น เราทำความสะอาดอิเล็กโทรดทองแดงและสังกะสีโดยใช้กระดาษทราย ตอนนี้ก็เพียงพอที่จะใส่ลงในผักหรือผลไม้แล้วคุณจะได้ "แบตเตอรี่" อิเล็กโทรดถูกวางให้ห่างจากกันเท่ากัน

เราป้อนผลลัพธ์ของการทดสอบลงในตาราง

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดจะเท่ากันโดยประมาณ และขนาดของกระแสน่าจะเกี่ยวข้องกับความเป็นกรดของผลิตภัณฑ์ ยิ่งความเป็นกรดมาก กระแสก็จะยิ่งมากขึ้น

หากใช้มันฝรั่งต้มแทนมันฝรั่งดิบ พลังของอุปกรณ์จะเพิ่มขึ้น 4 เท่า

เราตัดสินใจที่จะตรวจสอบว่าแรงดันและกระแสขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดอย่างไร ในการทำเช่นนี้ พวกเขาเอามันฝรั่งต้ม เปลี่ยนระยะห่างระหว่างขั้วบวกและแคโทด และวัดแรงดันและกระแสของแบตเตอรี่ ผลลัพธ์ของการทดลองถูกป้อนลงในตาราง

ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด ซม	แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด, V	กระแสไฟฟ้าลัดวงจร, mA
1	0,6	2,1
2,5	0,7	3,6
3,5	0,7	3,8
5	0,8	4,2

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดและกระแสจะเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดที่เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าลัดวงจรมีขนาดเล็กเพราะว่า ความต้านทานภายในของมันฝรั่งอยู่ในระดับสูง

ต่อไปเราตัดสินใจทำแบตเตอรี่สองสามสี่มันฝรั่ง ก่อนหน้านี้เมื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดให้สูงสุดพวกเขาก็เชื่อมต่อมันฝรั่งเป็นอนุกรมในวงจร ผลลัพธ์ของการทดลองถูกป้อนลงในตาราง

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นและกระแสไฟฟ้าลดลง กระแสไฟต่ำเกินไปที่จะให้แสงสว่างแก่หลอดไฟ

ดังนั้นเราจึงวางแผนที่จะค้นหาเพิ่มเติมว่าเราจะเพิ่มกระแสในวงจรและทำให้หลอดไฟเรืองแสงได้อย่างไร

เราเฝ้าดูแบตเตอรี่ที่ "อร่อย" ของเรามาระยะหนึ่งแล้ว ผลลัพธ์ของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้บนแบตเตอรี่ถูกป้อนลงในตาราง:

บทสรุป:แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ "อร่อย" ทั้งหมดค่อยๆ ลดลง ยังคงมีความตึงเครียดกับแอปเปิ้ล หัวหอม และมันฝรั่งต้ม

ในขณะที่นำแผ่นทองแดงและสังกะสีออกจากผักและผลไม้ เราสังเกตเห็นว่าแผ่นทองแดงและสังกะสีถูกออกซิไดซ์อย่างหนัก ซึ่งหมายความว่ากรดทำปฏิกิริยากับสังกะสีและทองแดง เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีนี้ กระแสไฟฟ้าที่อ่อนมากจึงไหล

เกี่ยวกับการใช้ผักและผลไม้เพื่อผลิตไฟฟ้า

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลได้คิดค้นแหล่งไฟฟ้าแห่งใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม นักวิจัยเสนอให้ใช้มันฝรั่งต้มเป็นแหล่งพลังงานสำหรับแบตเตอรี่ที่ผิดปกติ เนื่องจากพลังงานของอุปกรณ์ในกรณีนี้จะเพิ่มขึ้น 10 เท่าเมื่อเทียบกับมันฝรั่งดิบ แบตเตอรี่ที่ผิดปกติดังกล่าวสามารถทำงานได้หลายวันหรือหลายสัปดาห์ และไฟฟ้าที่ผลิตได้นั้นถูกกว่าแบตเตอรี่แบบเดิมถึง 5-50 เท่า และประหยัดกว่าตะเกียงน้ำมันก๊าดอย่างน้อยหกเท่าเมื่อใช้ให้แสงสว่าง

นักวิทยาศาสตร์ชาวอินเดียตัดสินใจใช้ผัก ผลไม้ และของเสียเป็นพลังงานให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน แบตเตอรี่ประกอบด้วยส่วนผสมที่ทำจากกล้วยแปรรูป เปลือกส้ม และผักหรือผลไม้อื่นๆ โดยใส่อิเล็กโทรดสังกะสีและทองแดงไว้ ผลิตภัณฑ์ใหม่นี้ออกแบบมาสำหรับผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ชนบทเป็นหลัก ซึ่งสามารถเตรียมส่วนผสมผักและผลไม้ของตนเองเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ที่ผิดปกติได้

ข้อสรุป:

1 เราคุ้นเคยกับอุปกรณ์ของแบตเตอรี่และนักประดิษฐ์

2. เราพบว่ามีกระบวนการใดบ้างที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่

3.ทำแบตเตอรี่ผักและผลไม้

4. เรียนรู้ที่จะกำหนดแรงดันไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ที่ "อร่อย" และกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้น

5. เราสังเกตเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดและกระแสเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดที่เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าลัดวงจรมีขนาดเล็กเพราะว่า ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่สูง

6. เราค้นพบว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยผักหลายชนิดเพิ่มขึ้น และกระแสไฟฟ้าลดลง กระแสไฟต่ำเกินไปที่จะให้แสงสว่างแก่หลอดไฟ

7. พวกเขาไม่สามารถจุดหลอดไฟในวงจรที่ประกอบได้เพราะว่า กระแสไฟต่ำ

วรรณกรรมที่ใช้:
1 พจนานุกรมสารานุกรมของนักฟิสิกส์รุ่นเยาว์ -ม.: การสอน, 2534

2 โอ.เอฟ. คาบาร์ดิน เอกสารอ้างอิงเกี่ยวกับฟิสิกส์.-ม.: การศึกษา 2528.

3 พจนานุกรมสารานุกรมของช่างรุ่นเยาว์ -ม.: การสอน, 2523.

4 นิตยสาร “วิทยาศาสตร์และชีวิต” ฉบับที่ 10 2547

5 เอ.เค. กิโคอิน, ไอ.เค. กิโคอิน. ไฟฟ้าพลศาสตร์.-ม.: Nauka 1976.

6 Kirilova I. G. หนังสือสำหรับอ่านฟิสิกส์ - มอสโก: การศึกษา 2529

7 นิตยสาร “วิทยาศาสตร์และชีวิต” ฉบับที่ 11 2548

8 เอ็น.วี. กูเลีย ฟิสิกส์ที่น่าทึ่ง - มอสโก: สำนักพิมพ์ NTs ENAS, 2548

ทรัพยากรอินเทอร์เน็ต

เพื่อนร่วมชั้น

คนแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยบังเอิญเมื่อปลายศตวรรษที่ 17 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Luigi Galvani ในความเป็นจริงเป้าหมายของการวิจัยของกัลวานีไม่ใช่การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ แต่เป็นการศึกษาปฏิกิริยาของสัตว์ทดลองต่ออิทธิพลภายนอกต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปรากฏการณ์การเกิดและการไหลของกระแสไฟฟ้าถูกค้นพบเมื่อมีการติดแถบโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันเข้ากับกล้ามเนื้อขาของกบ กัลวานีพัฒนาคำอธิบายทางทฤษฎีที่ไม่ถูกต้องสำหรับกระบวนการสังเกต แต่การทดลองของเขากลายเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีอีกคนอเลสซานโดรโวลตาซึ่งเป็นผู้กำหนดแนวคิดหลักของการประดิษฐ์จริง ๆ - สาเหตุของกระแสไฟฟ้าคือปฏิกิริยาเคมีที่ แผ่นโลหะมีส่วนร่วม เพื่อยืนยันทฤษฎีของเขา โวลต์ได้สร้างอุปกรณ์ง่ายๆ ซึ่งประกอบด้วยแผ่นสังกะสีและทองแดงจุ่มลงในภาชนะที่มีน้ำเกลือ อุปกรณ์นี้เองที่กลายเป็นแบตเตอรี่อัตโนมัติตัวแรกของโลกและเป็นต้นกำเนิดของแบตเตอรี่สมัยใหม่ซึ่งเรียกว่าเซลล์กัลวานิกเพื่อเป็นเกียรติแก่ Luigi Galvani

อุปกรณ์จ่ายไฟอัตโนมัติสมัยใหม่ภายนอกมีความเหมือนกันเล็กน้อยกับอุปกรณ์ที่สร้างโดย 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

ปัจจุบันมีแบตเตอรี่หลายประเภทที่ผลิตขึ้น บางชนิดได้รับการพัฒนาในศตวรรษที่ 19 ในขณะที่แบตเตอรี่อื่นๆ เพิ่งฉลองครบรอบหนึ่งทศวรรษด้วยซ้ำ ความหลากหลายนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแต่ละเทคโนโลยีมีจุดแข็งของตัวเอง 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 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 ประสิทธิภาพของเซลล์แห้งทั้งหมดจะลดลงอย่างมากเมื่อภาระเพิ่มขึ้น นั่นคือเหตุผลที่ไม่ควรติดตั้งในกล้องสมัยใหม่ เนื่องจากไม่ได้ออกแบบมาเพื่อสิ่งนี้

ไม่ว่ากระต่ายสีชมพูจะวิ่งไปโฆษณากี่ตัว แบตเตอรี่อัลคาไลน์ก็ยังคงเป็นแร่ธาตุถ่านหิน-สังกะสีแบบเดิมตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือส่วนผสมอิเล็กโทรไลต์ที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษ ซึ่งช่วยเพิ่มความจุและอายุการเก็บของแบตเตอรี่ดังกล่าว ความลับคืออะไร? ส่วนผสมนี้มีความเป็นด่างมากกว่าอีกสองประเภทเล็กน้อย

หากองค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่อัลคาไลน์แตกต่างจากองค์ประกอบ Leclanche เพียงเล็กน้อย แสดงว่าการออกแบบมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ คุณอาจพูดได้ว่าแบตเตอรี่อัลคาไลน์เป็นเซลล์แห้งที่กลับด้านออก ปลอกด้านนอกไม่ใช่ขั้วบวก แต่เป็นเพียงเกราะป้องกัน ขั้วบวกที่นี่คือส่วนผสมคล้ายเยลลี่ของผงสังกะสีผสมกับอิเล็กโทรไลต์ (ซึ่งก็คือสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่เป็นน้ำ) 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) ได้รับความนิยมอย่างล้นหลามจากผู้บริโภคทั่วโลก สิ่งนี้ไม่น้อยเนื่องจากสามารถทนต่อรอบการคายประจุได้จำนวนมาก - 500 และ 1,000 - โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ยังมีน้ำหนักเบาและใช้พลังงานมาก (แม้ว่าความจุเฉพาะจะอยู่ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของแบตเตอรี่อัลคาไลน์) ในทางกลับกัน มีแคดเมียมที่เป็นพิษ ดังนั้นคุณต้องระมัดระวังให้มากขึ้นทั้งระหว่างการใช้งานและหลังการกำจัดทิ้ง

แรงดันไฟขาออกของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะลดลงขณะคายประจุเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีเพิ่มความต้านทานภายใน แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมมีความต้านทานภายในต่ำมากดังนั้นจึงสามารถจ่ายกระแสไฟที่แรงพอสมควรให้กับเอาต์พุตซึ่งยิ่งกว่านั้นในทางปฏิบัติแล้วจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อคายประจุ ดังนั้นแรงดันไฟขาออกจึงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติจนกว่าประจุจะหมดลงเกือบทั้งหมด จากนั้นแรงดันไฟขาออกจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเกือบเป็นศูนย์

ระดับแรงดันไฟขาออกคงที่เป็นข้อได้เปรียบในการออกแบบวงจรไฟฟ้า แต่ยังทำให้การกำหนดระดับประจุปัจจุบันแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากคุณสมบัตินี้ พลังงานที่เหลืออยู่จึงคำนวณตามเวลาการทำงานและความจุที่ทราบของแบตเตอรี่ประเภทใดประเภทหนึ่ง ดังนั้นจึงเป็นค่าโดยประมาณ

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

โดยทั่วไปเทคนิคนี้เรียกว่าการคายน้ำลึก แต่ความลึกไม่ได้หมายความว่าสมบูรณ์ “เป็นศูนย์” สิ่งนี้จะส่งผลเสียและทำให้อายุการใช้งานขององค์ประกอบสั้นลงเท่านั้น หากในระหว่างการใช้งาน แรงดันไฟขาออกลดลงต่ำกว่า 1 โวลต์ (ที่แรงดันไฟฟ้าปกติ 1.2 โวลต์) อาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายได้ อุปกรณ์ที่มีความซับซ้อน เช่น PDA หรือแล็ปท็อป จะได้รับการกำหนดค่าให้ปิดก่อนที่ประจุแบตเตอรี่จะลดลงต่ำกว่าขีดจำกัด ในการคายประจุแบตเตอรี่อย่างล้ำลึก คุณต้องใช้อุปกรณ์พิเศษที่ผลิตโดยบริษัทที่มีชื่อเสียงหลายแห่ง

บริษัทผู้ผลิตบางแห่งอ้างว่าแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมใหม่ไม่ได้รับผลกระทบจากเอฟเฟกต์หน่วยความจำ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้รับการพิสูจน์ในทางปฏิบัติ

ไม่ว่าผู้ผลิตจะสัญญาอะไรก็ตาม เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ควรชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็มในแต่ละครั้ง จากนั้นรอให้คายประจุตามปกติเพื่อไม่ให้แบตเตอรี่เสื่อมและใช้งานได้ตลอดระยะเวลา

แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Ni-MH) ซึ่งไม่มีแคดเมียม "อันตราย" ถูกเรียกร้องให้กำจัดข้อบกพร่องของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมบางส่วน เช่นเดียวกับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์มีขั้วบวกนิกเกิล แต่แคโทดนั้นทำจากไฮไดรด์ ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นโลหะผสมที่สามารถกักเก็บอะตอมไฮโดรเจนได้ แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำอ่อนกว่ามาก และมีอัตราส่วนความจุต่อขนาดโดยรวมที่ดีกว่า อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์สามารถทนต่อรอบการชาร์จและคายประจุได้น้อยกว่าและมีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม นอกจากนี้ปัญหาสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์คือการคายประจุเองจำนวนมาก - ในแต่ละวันหากไม่มีโหลด แบตเตอรี่ประเภทนี้สามารถสูญเสียความจุได้มากถึง 5%

แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ในโลกเป็นแบตเตอรี่ตะกั่ว ส่วนใหญ่จะใช้ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ของรถยนต์ การพัฒนาของ Plante กลายเป็นต้นแบบขององค์ประกอบเหล่านี้ พวกเขายังมีขั้วบวกที่ทำจากตะกั่วของเซลล์และแคโทดที่ทำจากตะกั่วออกไซด์ อิเล็กโทรดทั้งสองถูกแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ - กรดซัลฟิวริก

แบตเตอรี่เหล่านี้มีน้ำหนักมากเนื่องจากตะกั่ว และเนื่องจากเต็มไปด้วยกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (ซึ่งทำให้แบตเตอรี่มีน้ำหนักลดลงด้วย) พวกมันจึงกลายเป็นอันตรายและต้องการการดูแลเป็นพิเศษ กรดและควันสามารถทำลายวัตถุใกล้เคียงได้ (โดยเฉพาะวัตถุที่เป็นโลหะ) และถ้าคุณหักโหมจนเกินไปด้วยการชาร์จ อิเล็กโทรไลซิสของน้ำในกรดอาจเริ่มต้นขึ้น สิ่งนี้จะผลิตไฮโดรเจนซึ่งเป็นก๊าซระเบิดที่สามารถระเบิดได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ (เช่นในกรณีของการระเบิดของ Hindenburg)

การสลายตัวของน้ำในแบตเตอรี่อาจทำให้เกิดผลอีกอย่างหนึ่งได้ กล่าวคือ ปริมาณน้ำทั้งหมดในแบตเตอรี่จะลดลง ในขณะเดียวกัน พื้นที่ปฏิกิริยาภายในแบตเตอรี่จะลดลง และความจุของแบตเตอรี่ก็ลดลงตามไปด้วย นอกจากนี้ การลดลงของของเหลวยังทำให้แบตเตอรี่คายประจุได้เนื่องจากการสัมผัสกับบรรยากาศ อิเล็กโทรดสามารถลอกออกและทำให้แบตเตอรี่ลัดวงจรได้

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดก้อนแรกต้องมีการบำรุงรักษาเป็นประจำ โดยจำเป็นต้องรักษาระดับน้ำ/กรดภายในแต่ละเซลล์ตามที่ต้องการ เนื่องจากมีเพียงน้ำในแบตเตอรี่เท่านั้นที่ผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนเฉพาะน้ำเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของแบตเตอรี่ ผู้ผลิตแนะนำให้ใช้เฉพาะน้ำกลั่นในการบำรุงรักษา โดยปกติแบตเตอรี่จะเติมให้อยู่ในระดับปกติ หากไม่มีรอยบนแบตเตอรี่ต้องเติมให้ของเหลวมาปกคลุมแผ่นอิเล็กโทรดด้านใน

ในอุปกรณ์ที่อยู่กับที่ ตัวเรือนแบตเตอรี่ทำจากแก้ว ไม่เพียงแต่กักเก็บกรดได้ดี แต่ยังช่วยให้เจ้าหน้าที่บำรุงรักษาตรวจสอบสภาพขององค์ประกอบต่างๆ ได้โดยไม่ยากอีกด้วย 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 (ผลกระทบนี้เมื่อนำไปใช้กับเซลล์นิกเกิลแคดเมียม จะลดความจุของแบตเตอรี่หากคุณชาร์จใหม่ก่อนที่จะคายประจุจนหมด) นอกจากนี้ แบตเตอรี่ดังกล่าวยังมีอายุการใช้งานยาวนานและสามารถคาดเดาได้ และแน่นอนว่าราคาถูก

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

ป้องกันกระแสไฟฟ้า

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

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

ลิเธียมเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาได้มากที่สุดและถูกใช้อย่างแม่นยำในระบบที่มีขนาดกะทัดรัดที่สุดซึ่งให้พลังงานแก่อุปกรณ์เคลื่อนที่ที่ทันสมัยที่สุด ลิเธียมแคโทดใช้ในแบตเตอรี่ความจุสูงเกือบทั้งหมด แต่ด้วยกิจกรรมของโลหะนี้ แบตเตอรี่จึงไม่เพียงแต่มีความจุมากเท่านั้น แต่ยังมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดอีกด้วย 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 ความต้านทานภายในของเซลล์ลิเธียมสมัยใหม่สูงกว่าเซลล์นิกเกิลแคดเมียม ดังนั้นจึงไม่สามารถให้กระแสน้ำที่แรงเช่นนี้ได้ แม้ว่าองค์ประกอบนิกเกิลแคดเมียมสามารถละลายเหรียญได้ แต่องค์ประกอบลิเธียมไม่สามารถทำได้ แต่ถึงกระนั้นพลังงานของแบตเตอรี่ดังกล่าวก็เพียงพอที่จะใช้งานแล็ปท็อปได้หากไม่เกี่ยวข้องกับโหลดที่ไม่ต่อเนื่อง (ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์บางอย่างเช่นฮาร์ดไดรฟ์หรือซีดีรอมไม่ควรทำให้เกิดไฟกระชากสูงที่ สภาวะที่รุนแรง - ตัวอย่างเช่น ระหว่างการหมุนครั้งแรกหรือการตื่นจากโหมดสลีป) ยิ่งไปกว่านั้น แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะสามารถทนต่อการชาร์จได้หลายร้อยครั้ง แต่ก็มีอายุการใช้งานน้อยกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้นิกเกิล

เนื่องจากเซลล์ลิเธียมไอออนใช้อิเล็กโทรไลต์เหลว (แม้ว่าจะแยกจากกันด้วยชั้นของเนื้อเยื่อ) เซลล์เหล่านี้จึงมีรูปทรงทรงกระบอกเกือบตลอดเวลา แม้ว่ารูปร่างนี้จะไม่เลวร้ายไปกว่ารูปร่างของเซลล์อื่นๆ แต่ด้วยการถือกำเนิดของอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ทันสมัยที่สุดที่ใช้ในปัจจุบันคือลิเธียมโพลีเมอร์ มีแนวโน้มในหมู่ผู้ผลิตทั้งแบตเตอรี่และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่มีต่อการเปลี่ยนไปใช้องค์ประกอบประเภทนี้อย่างค่อยเป็นค่อยไป ข้อได้เปรียบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์คือการไม่มีอิเล็กโทรไลต์เหลว ไม่ นี่ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีที่จะทำได้โดยปราศจากอิเล็กโทรไลต์โดยสิ้นเชิง ขั้วบวกถูกแยกออกจากแคโทดด้วยตัวกั้นโพลีเมอร์ ซึ่งเป็นวัสดุผสม เช่น โพลีอะคริโลไนไตรต์ที่มีเกลือลิเธียม

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

นอกจากข้อดีที่ชัดเจนเหล่านี้แล้ว เซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์ยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีน้ำหนักเบากว่า เนื่องจากไม่มีปลอกโลหะภายนอก
แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กซัลไฟด์

ต่างจากแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยลิเธียมอื่นๆ ซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าขาออกมากกว่า 3V แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กซัลไฟด์มีแรงดันไฟฟ้าเพียงครึ่งหนึ่ง นอกจากนี้ยังไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ เทคโนโลยีนี้แสดงให้เห็นถึงการประนีประนอมที่นักพัฒนาได้ทำเพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟลิเธียมสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้แบตเตอรี่อัลคาไลน์

องค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่มีการเปลี่ยนแปลงเป็นพิเศษ ในนั้นลิเธียมแอโนดจะถูกแยกออกจากแคโทดของเหล็กซัลไฟด์ด้วยชั้นอิเล็กโทรไลต์ แซนวิชนี้บรรจุในกล่องปิดผนึกพร้อมไมโครวาล์วเพื่อการระบายอากาศ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม

เซลล์ประเภทนี้ได้รับการออกแบบมาให้เป็นคู่แข่งกับแบตเตอรี่อัลคาไลน์ เมื่อเปรียบเทียบกับลิเธียมไอรอนไดซัลไฟด์จะมีน้ำหนักน้อยกว่าถึงหนึ่งในสาม มีความจุมากกว่า และยังสามารถเก็บไว้ได้นานกว่าอีกด้วย แม้จะเก็บไว้นานถึงสิบปี แต่ก็ยังเก็บประจุไว้เกือบทั้งหมด

ความเหนือกว่าเหนือคู่แข่งแสดงให้เห็นได้ดีที่สุดภายใต้ภาระหนัก 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

อุปกรณ์ชาร์จสมัยใหม่เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งมีระดับการป้องกันที่แตกต่างกันทั้งสำหรับคุณและแบตเตอรี่ของคุณ ในกรณีส่วนใหญ่ เซลล์แต่ละประเภทจะมีที่ชาร์จของตัวเอง หากคุณใช้เครื่องชาร์จไม่ถูกต้อง คุณสามารถสร้างความเสียหายได้ไม่เพียงแต่แบตเตอรี่ แต่ยังรวมถึงตัวอุปกรณ์เอง หรือแม้แต่ระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ด้วย

เครื่องชาร์จมีสองโหมด - แรงดันคงที่และกระแสคงที่

อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดคือแรงดันคงที่ โดยจะผลิตแรงดันไฟฟ้าเท่ากันเสมอ และจ่ายกระแสไฟที่ขึ้นอยู่กับระดับประจุของแบตเตอรี่ (และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ) เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จ แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความแตกต่างระหว่างศักยภาพของเครื่องชาร์จและแบตเตอรี่จึงลดลง ส่งผลให้กระแสไหลผ่านวงจรน้อยลง

สิ่งที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวคือหม้อแปลงไฟฟ้า (เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จให้เหลือระดับที่แบตเตอรี่ต้องการ) และวงจรเรียงกระแส (เพื่อแก้ไขกระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่) อุปกรณ์ชาร์จแบบง่าย ๆ ดังกล่าวใช้สำหรับชาร์จรถยนต์และขนส่งแบตเตอรี่

ตามกฎแล้วแบตเตอรี่ตะกั่วสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟสำรองจะถูกชาร์จด้วยอุปกรณ์ที่คล้ายกัน นอกจากนี้ ยังใช้อุปกรณ์แรงดันคงที่เพื่อชาร์จเซลล์ลิเธียมไอออนอีกด้วย มีการเพิ่มวงจรเพื่อปกป้องแบตเตอรี่และเจ้าของเท่านั้น

เครื่องชาร์จประเภทที่สองให้กระแสไฟคงที่และเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ต้องการ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงประจุเต็ม การชาร์จจะหยุดลง (โปรดจำไว้ว่า แรงดันไฟฟ้าที่เซลล์สร้างขึ้นจะลดลงขณะคายประจุ) โดยปกติแล้ว อุปกรณ์ดังกล่าวจะชาร์จเซลล์นิกเกิลแคดเมียมและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์

นอกจากระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการแล้ว คุณต้องทราบว่าต้องใช้เวลานานเท่าใดในการชาร์จองค์ประกอบใหม่ แบตเตอรี่อาจเสียหายได้หากคุณชาร์จนานเกินไป ขึ้นอยู่กับประเภทของแบตเตอรี่และ "ความฉลาด" ของเครื่องชาร์จ มีการใช้เทคโนโลยีหลายอย่างเพื่อกำหนดเวลาการชาร์จ

ในกรณีที่ง่ายที่สุดจะใช้แรงดันไฟฟ้าที่สร้างโดยแบตเตอรี่สำหรับสิ่งนี้ เครื่องชาร์จจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถึงระดับเกณฑ์ แต่เทคโนโลยีนี้ไม่เหมาะกับทุกองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น สำหรับนิกเกิลแคดเมียมนั้นไม่เป็นที่ยอมรับ ในองค์ประกอบเหล่านี้ เส้นโค้งการปล่อยประจุจะอยู่ใกล้กับเส้นตรง และอาจเป็นเรื่องยากมากที่จะกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าที่เกณฑ์

เครื่องชาร์จที่ "ซับซ้อน" มากขึ้นจะกำหนดเวลาการชาร์จตามอุณหภูมิ นั่นคืออุปกรณ์จะตรวจสอบอุณหภูมิของเซลล์ และปิดหรือลดกระแสประจุเมื่อแบตเตอรี่เริ่มร้อนขึ้น (ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่มีประจุมากเกินไป) โดยทั่วไปแล้ว เทอร์โมมิเตอร์จะติดตั้งอยู่ในแบตเตอรี่ดังกล่าว ซึ่งจะตรวจสอบอุณหภูมิขององค์ประกอบและส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องไปยังเครื่องชาร์จ

อุปกรณ์อัจฉริยะใช้ทั้งสองวิธีนี้ สามารถเปลี่ยนจากกระแสประจุสูงไปเป็นกระแสประจุต่ำ หรือสามารถรักษากระแสให้คงที่ได้โดยใช้เซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิแบบพิเศษ

เครื่องชาร์จแบบมาตรฐานจะมีกระแสไฟชาร์จต่ำกว่ากระแสไฟที่ปล่อยออกมาของเซลล์ และอุปกรณ์ชาร์จที่มีค่ากระแสไฟสูงกว่าจะให้กระแสไฟมากกว่ากระแสคายประจุที่กำหนดของแบตเตอรี่ อุปกรณ์สำหรับการชาร์จอย่างต่อเนื่องโดยใช้กระแสไฟต่ำ เช่น กระแสไฟน้อยจนทำให้แบตเตอรี่ไม่คายประจุเองเท่านั้น (ตามคำนิยาม อุปกรณ์ดังกล่าวใช้เพื่อชดเชยการคายประจุเอง) โดยทั่วไปแล้ว กระแสไฟชาร์จในอุปกรณ์ดังกล่าวคือหนึ่งในยี่สิบหรือหนึ่งในสามสิบของกระแสไฟคายประจุที่กำหนดของแบตเตอรี่ อุปกรณ์ชาร์จสมัยใหม่สามารถทำงานได้ที่กระแสไฟชาร์จหลายกระแส พวกเขาใช้กระแสที่สูงกว่าในตอนแรกและค่อยๆ เปลี่ยนไปใช้กระแสที่ต่ำกว่าเมื่อเข้าใกล้ประจุเต็ม หากคุณใช้แบตเตอรี่ที่สามารถทนต่อการชาร์จกระแสต่ำ (เช่น แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมไม่สามารถทำได้) เมื่อสิ้นสุดรอบการชาร์จ อุปกรณ์จะเปลี่ยนเป็นโหมดนี้ ที่ชาร์จแล็ปท็อปและโทรศัพท์มือถือส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้เชื่อมต่อกับเซลล์อย่างถาวรโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อเซลล์

แบตเตอรี่ไฟฟ้าหรือคำว่า "แบตเตอรี่" ที่พบบ่อยที่สุดในชีวิตประจำวัน เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดแห่งหนึ่งในโลกสมัยใหม่ ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า

แบตเตอรี่ไฟฟ้าใช้งานได้สะดวกมากเนื่องจากช่วยให้คุณสร้างกระแสไฟฟ้าได้ทุกที่ทุกเวลา แบตเตอรี่ไฟฟ้าให้พลังงานกับเครื่องใช้ไฟฟ้า ไฟฉาย นาฬิกาปลุก นาฬิกา กล้อง และอื่นๆ อีกมากมาย อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานได้ไม่นานเนื่องจากส่วนประกอบทางเคมีในแบตเตอรี่จะค่อยๆ หมดไป

แบตเตอรี่ไฟฟ้ามีรูปร่าง ความจุ และขนาดแตกต่างกัน ตั้งแต่หัวเข็มหมุดไปจนถึงหลายร้อยตารางเมตร ในระบบไฟฟ้า มีแบตเตอรี่ตะกั่วและนิกเกิลแคดเมียมที่ทรงพลังมากที่ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองหรือสำหรับปรับโหลดไฟฟ้าให้เท่ากัน
แบตเตอรี่ดังกล่าวที่ใหญ่ที่สุดถูกนำไปใช้งานในปี 2546 ในเมืองแฟร์แบงค์ (อลาสกา สหรัฐอเมริกา); ประกอบด้วยองค์ประกอบนิกเกิลแคดเมียม 13,760 ชิ้น และเชื่อมต่อผ่านอินเวอร์เตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าเข้ากับเครือข่าย 138 kV แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่กำหนดคือ 5230 V และความจุพลังงานคือ 9 MWh; อายุการใช้งานขององค์ประกอบอยู่ที่ 20 ถึง 30 ปี 99% ของเวลาทำงานเป็นตัวชดเชยพลังงานรีแอกทีฟ แต่สามารถจ่ายพลังงาน 46 MW ให้กับเครือข่ายได้หากจำเป็นภายในสามนาที (หรือพลังงาน 27 MW ภายใน 15 นาที) มวลรวมของแบตเตอรี่คือ 1,500 ตันและมีราคาการผลิต 35 ล้านดอลลาร์ ในกรณีเกิดเหตุฉุกเฉินจะสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับเมืองที่มีประชากร 12,000 คนได้ภายใน 7 นาที มีแบตเตอรี่ที่มีความจุมากขึ้น แบตเตอรี่หนึ่งก้อน (ที่มีความจุพลังงาน 60 MWh) ได้รับการติดตั้งเป็นแหล่งพลังงานสำรองในแคลิฟอร์เนีย (แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา) และสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับเครือข่ายได้ 6 MW เป็นเวลา 6 ชั่วโมง

แบตเตอรี่ไฟฟ้าก้อนแรกปรากฏขึ้นเมื่อใด

แบตเตอรี่ก้อนแรกปรากฏขึ้นใน 250 ปีก่อนคริสตกาล ชาวปาร์เธียนซึ่งอาศัยอยู่ในพื้นที่แบกแดดได้ผลิตแบตเตอรี่แบบโบราณ เหยือกดินเต็มไปด้วยน้ำส้มสายชู (อิเล็กโทรไลต์) จากนั้นจึงวางกระบอกทองแดงและแท่งเหล็ก โดยปลายจะลอยขึ้นเหนือพื้นผิว แบตเตอรี่ดังกล่าวใช้ในการชุบสังกะสีเงิน

อย่างไรก็ตาม จนถึงช่วงปลายทศวรรษที่ 1700 นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ทำการทดลองอย่างจริงจังเกี่ยวกับการผลิต การจัดเก็บ และการส่งผ่านไฟฟ้า ความพยายามที่จะสร้างกระแสไฟฟ้าที่ต่อเนื่องและควบคุมไม่ได้นำไปสู่ความสำเร็จ

ในปี ค.ศ. 1800 อเลสซานโดร โวลตา นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี ได้สร้างแบตเตอรี่สมัยใหม่ก้อนแรก ซึ่งรู้จักกันในชื่อแบตเตอรี่โวลตาอิก

อุปกรณ์นี้เป็นทรงกระบอกที่มีแผ่นทองแดงและสังกะสีอยู่ข้างใน ล้อมรอบด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่ประกอบด้วยน้ำส้มสายชูและน้ำเกลือ จานวางสลับกันและไม่สัมผัสกัน จากปฏิกิริยาเคมี ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของการประดิษฐ์ของเขาคือ กระแสในคอลัมน์ต่ำและสามารถควบคุมความแรงได้ ไม่เหมือนกับการทดลองครั้งก่อนๆ

นโปเลียน โบนาปาร์ต ซึ่งโวลตานำเสนอสิ่งประดิษฐ์ของเขาให้ รู้สึกประทับใจกับสิ่งประดิษฐ์ของนักฟิสิกส์รายนี้ และมอบตำแหน่งการนับให้เขา นอกจากนี้ เพื่อเน้นย้ำถึงความสำคัญของการค้นพบนี้ หน่วยของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจึงถูกตั้งชื่อตามโวลตา แม้ว่าสิ่งประดิษฐ์ของ A. Volt จะไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ไฟฟ้าที่เรารู้จักดีเลย แต่หลักการทำงานของมันยังคงเหมือนเดิม