ประวัติของถ่ายไฟฉาย แบ็ตเตอรี่ (History of dry cell by pawoot)
•
2 likes•11,248 views
ประวัติของถ่ายไฟฉาย แบ็ตเตอรี่ ลองมาดูกันว่ามีอะไรบ้าง การเติบโตและเดินทางของเทคโนโลยี รวมถึงนวัตกรรมทางด้านนี้เป็นอย่างไรบ้าง เอกสารนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชา Innovation Synthesis ของ ป.เอก จุฬาฯ ของนายภาวุธ พงษ์วิทยภานุ
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
More from Pawoot (Pom) Pongvitayapanu
More from Pawoot (Pom) Pongvitayapanu (20)
ประวัติของถ่ายไฟฉาย แบ็ตเตอรี่ (History of dry cell by pawoot)
- 1. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu ถ่ายไฟฉายคืออะไร (What’s Dry Cell) ? ถ่านไฟฉาย เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ไม่ใช้สารละลายที่เป็นของเหลว จึงเรียกว่า เซลล์แห้ง (Dry cell) ผู้ที่สร้างเซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดนี้คือ เลอคังเช (George Leclanché) ในปี 1866 ดังนั้นจึงอาจเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า เซลล์เลอคังเช (Leclanché cell) ส่วนประกอบต่างๆ ของถ่านไฟฉายนี้ • แท่งคาร์บอนหรือแท่งถ่าน ทำหน้าที่เป็นขั้วบวก • แอมโมเนียมคลอไรด์ ทำหน้าที่เป็นสารละลายอิเล็กโตรไลต์ • แมงกานีสไดออกไซด์ + ผงถ่าน + กาวที่อัดกันแน่น • กล่องสังกะสี ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ เมื่อต่อถ่านไฟฉายเข้ากับวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะไหลจากขั้วบวก (แท่งคาร์บอน) ของ ถ่านไฟฉาย ผ่านวงจรไฟฟ้าแล้วกลับมายังขั้วลบ (กล่องสังกะสี) โดยมีแอมโมเนียมคลอไรด์ทำหน้าที่ เป็นสารละลายอิเล็กโตรไลต์ 1 ซึ่งช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ มีผงถ่านช่วยนำไฟฟ้า และแมงกานีสไดออกไซด์ ช่วยทำให้ความต่างศักย์ของเซลล์คงตัว แต่เมื่อใช้ไปเรื่อยๆ ความต่างศักย์ระหว่างขั้วเซลล์จะค่อยๆ ลดลงจนไม่มีความต่างศักย์หรือมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันในที่สุด จึงทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลและใช้ต่อไปอีกไม่ได้ หรือที่เราเรียกว่าถ่านหมดนั่นเอง จากที่ผ่านมาจะเห็นว่าถ่านไฟฉายสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีที่สะสมอยู่ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าออกมาได้ เมื่อใช้ถ่านไปนานๆ ทำไมไฟจึงหมด? เมื่อใช้ไปนาน ๆ ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดน้อยลง ( ความต่างศักย์ลดลง ) เนื่องจากสารเคมีที่ใช้ทำปฏิกิริยาเคมีเหลือน้อยลง ขณะเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีนํ้าเกิดขึ้น ดังนั้นเมื่อใช้งานไปนาน ๆ ถ่านไฟฉายจะบวม เยิ้ม เปียก แสดงว่า ถ่านเสื่อมสภาพ ควรเลิกใช้ เพราะมีสารที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย แมงกานีสไดออกไซด์ (MnO2) เป็นสารที่มีอันตรายถ้าเข้าสู่ร่างกาย จะไปทำลายระบบประสาทของร่างกาย 250 BC to AD 250 - Baghdad Battery แบกแดด แบตเตอรี่ขุดค้นพบที่หมู่บ้าน Khuyut Robbou'a ใกล้เมืองแบกแดด(Baghdad) ประเทศอิรัก คาดว่าแบตเตอรี่นี้สร้างขึ้นในยุคเมโสโปเตเมีย (Mesopotamia) ในช่วง Parthian หรือ Sassanid แบตเตอรี่นี้มีลักษณะ เป็นไหดินเหนียว สูงประมาณ 13 เซ็นติเมตร ปากกว้าง 1.25 เซ็นติเมตร ภายในบรรจุด้วยท่อทองแดง ที่นำแผ่นทองแดงมาม้วน ภายในท่อทองแดง มีแท่งเหล็กใส่ไว้ ปากไหอุดไว้ด้วยยางมะตอย(Asphalt) ภายในไหจะใส่อของเหลวที่มีความเป็นกรด เช่น นํ้าส้มสายชู หรือ นํ้ามะนาว เมื่อของเหลวที่มีความที่เป็นกรด สัมผัสกับ ทองแดง และ เหล็ก จะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น แบกแดดแบตเตอร์รี่ สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ 1.5 - 2 โวลท์ ซึ่งกระแสไฟฟ้าขนาดนี้ไม่มากพอจะใช้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ หรือเครื่องมือ เครื่องใช้ใดๆได้
- 2. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu แบกแดดแบตเตอรี่มีไว้เพื่อประโยชน์อะไร? แบกแดดแบตเตอรี่ มีไว้เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์มีไว้ใช้สำหรับ ใช้จี้เพื่อบรรเทาอาการปวด จากโรคเกาท์ (Gout Pain) แบกแดดแบตเตอรี่ค้นพบโดย ชาวเยอร์มัน(German) นามว่า Wilhelm König ในปี 1938 พร้อมกับ เครื่องเงินชิ้นเล็กๆ ที่มีทองคำฉาบอยู่ที่ผิวหน้าบางๆ ทำให้ König สรุปว่า แบกแดดแบตเตอรี่ใช้ สำหรับ ขบวนการฉาบทองคำลงบนผิวเครื่องเงิน(ขบวนการนี้เรียกว่า Electroplating Gold ) ในช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ได้มีการจำลองแบกแดดแบตเตอรี่ขึ้นมาใหม่ แต่กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้นั้นอ่อนเกินกว่าจะทำให้เกิดขบวนการ Electroplating Gold ได้ และเครื่องเงินที่มีทองฉาบอยู่ ที่ König ค้นพบนั้นปัจจุบันพิสูจน์แล้วว่า เกิดจากขบวนการผลิตที่เรียกว่า fire-gilded ด้วยตะกั่ว (mercury) ก่อนจะมาเป็นถ่านไฟฉาย 1747 เบนจามิน แฟรงคลิน (Benjamin Franklin) นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้ค้นพบไฟฟ้าในอากาศขึ้น โดยเขาได้ทำการทดลองนำว่าวซึ่งมีกุญแจผูกติดอยู่กับสายป่านขึ้นในอากาศขณะที่เกิดพายุฝน และเป็นผู้กำหนดคำว่า “แบตเตอรี่ (Battery)” ขึ้นมาจากการทดลองของเค้า 1790 วอลตา (Volta) นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาเลียน ค้นพบไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี โดยนำทองแดงกับสังกะสีจุ่มในนํ้ายาเคมี เช่นกรดีกำมะถันหรือกรดซัลฟิวริก โลหะสองชนิดจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับนํ้ายาเคมีทำให้ เกิดไฟฟ้าขึ้นได้ เรียกการทดลองนี้ว่า วอลเทอิก เซลล์ (Voltaic Cell) ซึ่งต่อมาภายหลังวิวัฒนาการมาเป็น “เซลล์แห้ง (Dry Cell) หรือ ถ่านไฟฉาย” และเซลล์เปียกหรือแบตเตอรี่
- 3. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu ชนิดของแบตเตอรี่ (Type of Dry Cell) Primary Cell (ใช้ครั้งเดียวทิ้ง) • 1866 ถ่านคาร์บอนเคลือบสังกะสี (Carbon-zinc cells) • 1899 ถ่านอัลคาไลน์แบบใช้แล้วทิ้ง (Alkaline Battery) • 1942 ถ่านเมอคิวรี ถ่านกระดุม (Mercury Battery) • 1970 ถ่านลิเธียม (Lithium Battery) Secondary Cell (ชารต์ได้) • 1899 ถ่านนิกเกิลแคดเมียม (Nickel-cadmium Battery, Nicads) • 1990 ถ่านนิกเกิลเมทอลไฮไดน์ (Nickel Metal Hydride Battery) • 1991 ถ่านลิเธียมไอออน (Lithium ion Battery) • 1999 ถ่านลิเธียมโพลีเมอร์ (Lithium Polymer) Primary Cell (ใช้ครั้งเดียวทิ้ง) 1.) ถ่านคาร์บอนเคลือบสังกะสี (Carbon-zinc cells) ถ่านไฟฉายรุ่นแรกๆ ที่ไม่สามารถรีชาร์จได้ และในปัจจุบันก็ได้มีถ่านประเภทอื่นๆ ออกมาแทนที่จำนวนมาก ซึ่งในเซลล์นั้น จะใช้ manganese dioxide และ carbon เป็นแคโทด , ใช้ zinc เป็นแอโนด และใช้ zinc chloride หรือ ammonium chloride เป็นสารละลายอิเลกโทรไลท์ ไม่สามารถทำการชาร์จได้ รวมทั้งความต่างศักย์จะลดลง เมื่อมีการคายประจุไปเรื่อยๆ
- 4. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu 2.) ถ่านอัลคาไลน์แบบใช้แล้วทิ้ง (Disposable alkaline cells) ให้พลังงานได้มากกว่า ถ่านไฟฉายแบบเก่า แต่ในระยะหลังเริ่มตระหนักกันถึงปัญหาทางด้านสิ่งแวดล้อม อันเนื่องมาจากการใช้ถ่านอัลคาไลน์แบบใช้แล้วทิ้งกันมากขึ้น โดยที่ถ่านไฟฉายประเภทนี้มีสารปรอทเป็นส่วนประกอบ ปริมาณการใช้งานที่นิยมกันมากทำให้เกิดปัญหาขยะมีพิษเพิ่มมากขึ้นทั่วโลก 3.) ถ่านอัลคาไลน์รีชาร์จ (Rechargeable alkaline) ประสิทธิภาพของถ่านจะลดลงตามจำนวนการชาร์จ ถึงแม้จะดูแลรักษาและชาร์จอย่างดีก็ตาม ดังนั้น เพื่อให้ถ่านอัลคาไลน์รีชาร์จมีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด จึงควรรีชาร์จถ่านอย่างสมํ่าเสมอและ อย่าปล่อยให้แบตเตอรี่หมดเกลี้ยง และจำเป็นจะต้องใช้เครื่องชาร์จเฉพาะด้วย
- 5. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu 4.) ถ่านลิเธียม (Lithium cells) มีอายุการใช้งานยาวนานมาก และยังสามารถใช้งานในสภาพอากาศที่หนาวเย็นมากๆ ได้อีกด้วย แต่เนื่องจากมันมีสารซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นส่วนประกอบ จึงถูกห้ามนำขึ้นเครื่องบินไม่ว่าจะติดตัว ขึ้นไปหรือใส่ในกระเป๋าเดินทางที่โหลดไว้ใต้เครื่อง 5.) ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ ถ่านกระดุม (Mercury battery) แบตเตอรีหรือเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพ การจ่ายไฟฟ้าในอัตราคงที่ สูง โดยทั่วไปถ่านชนิดนี้มีขนาดเล็ก สามารถให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 1.35 โวลต์ ซึ่งเหมาะสำหรับอุปกรณ์หรือเครื่องใช้อย่าง นาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลข เกมส์กด ฯลฯ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1950 โดย แซมมวล รูเบน (Samuel Ruben) นักประดิษฐ์อิสระ ถ่านเมอร์คิวริกออกไซด์สามารถใช้สารเมอร์คิวริกออกไซด์ ผสมสารแมงกานีสได ออกไซด์ หรือใช้เฉพาะสารเมอร์คิวริกออกไซด์เป็นแคโทดอย่างเดียวก็ได้ สำหรับแอโนดจะใช้สังกะสีในรูปโลหะผง เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวของการเกิด ปฏิกิริยาเคมีให้มากขึ้น
- 6. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu Secondary Cell or Rechargeable battery (ชารต์ได้) 1.) ถ่านนิกเกิลแคดเมียมหรือนิแคด (Nickel-cadmium cells, Nicads) เป็นถ่านที่สามารถรีชาร์จได้ เริ่มมีใช้ครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1950 (พ.ศ.2493) และสามารถจะรีชาร์จใหม่ได้นับร้อยครั้ง แต่มีเมโมรี่เอฟเฟ็กต์ มีข้อดีคือสามารถจ่ายกระแสได้มาก , มีค่าความต่างศักย์ค่อนข้างคงที่ และทนทาน ต่อการใช้งานหนักได้ดี แต่ในปัจจุบัน ถานประเภทนี้มีการผลิตน้อยลงเนื่องจาก ต้นทุนและวัสดุการผลิตแพง รวมทั้งเป็นอันตรายต่อการสูดดม (เนื่องจากแคดเมี่ยม)อีกด้วย 2.) ถ่านนิกเก้ล เมทัล ไฮไดร์ NI-MH (Nickel Metal Hydride) มีประสิทธิภาพอยู่ตรงกลางระหว่างถ่านนิแคดและถ่านอัลคาไลน์รีชาร์จ และสามารถชาร์จใหม่ได้หลายร้อยครั้ง ไม่เกิดเมโมรี่เอฟเฟ็กต์เหมือนถ่านนิแคด สามารถรีชาร์จด้วยตัวเอง ประมาณ 1-4% ของพลังงานที่เหลืออยู่ทุกวัน ไม่สามารถเก็บถ่าน NiMH เอาไว้ได้นานเท่ากับถ่านอื่นๆ
- 7. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu 3.) ถ่านลิเธียมไอออน Li-ion (Lithium ion Battery) ได้เปลี่ยนจากการใช้ลิเธียมในรูปของโลหะ มาเป็นรูปของไอออน ความหนาแน่นพลังงานของเซลลิเธียมไอออน มีค่าสูงกว่าเซลชนิดนิเกิลแคดเมียม 2 เท่า แต่ข้อจำกัดคือเสียหายได้ง่าย ถ้าใช้งานไม่ถูกวิธี จึงจำเป็นต้องมีวงจรป้องกันประกอบอยู่ในแพคแบตเตอรี่ เพื่อให้แบตเตอรี่ทำงานอยู่ในช่วงที่ปลอดภัย ข้อดีของลิเธียมไอออน • ความหนาแน่นพลังงานสูง • ไม่จำเป็นต้องกระตุ้นก่อนใช้หลังจากเก็บเป็นเวลานาน • มีอัตราการคายประจุตัวเองตํ่า • ไม่ต้องดูแลรักษามาก ขีดจำกัดของลิเธียมไอออน • จำต้องใช้วงจรป้องกันแรงดันและกระแสให้อยู่ในเข ตปลอดภัย • มีการเสื่อมอายุตามเวลาแม้ว่าจะไม่มีการใช้งาน • อัตราการจ่ายกระแสไม่สูงมาก ไม่เหมาะกับงานที่ใช้โหลดหนักๆ 4.) ถ่านลิเธียมโพลิเมอร์ Li-poly (Lithium Polymer Battery) ลิเธียมโพลีเมอร์ ใช้ฟิล์มคล้ายพลาสติกร่วมกับอิเลกโตรไลท์ชนิดเจล แทนที่จะใช้แผ่นเมมเบรนที่มีรูพรุน เป็นตัวส่งผ่านไอออน ลิเธียมโพลีเมอร์ง่ายต่อการผลิต มีความแข็งแรง ปลอดภัย และบาง สามารถทำให้บางได้ถึง 1 มิลลิเมตร สามารถผลิตให้เป็นรูปทรงต่างๆ ได้ตามความต้องการของการใช้งาน
- 8. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu ข้อดีของลิเธียมโพลีเมอร์ • สามารถทำให้บาง และเบามากๆ • ไม่จำกัดรูปแบบ • นํ้าหนักเบา ใช้เพียงห่อแล้วซีลแบบง่ายๆ ไม่ต้องใช้ตัวถังโลหะ • ปลอดภัย รับการชาร์จไฟเกินได้มากกว่า ขีดจำกัดของลิเธียมโพลีเมอร์ • ความหนาแน่นพลังงานตํ่ากว่า และรอบการใช้งานที่ตํ่ากว่าลิเธียมไอออน • ราคาแพงกว่า • ไม่มีขนาดมาตรฐานให้เลือก • อัตราส่วนค่าใช้จ่ายต่อพลังงานที่เก็บได้ มีค่าสูงกว่าลิเธียมไอออน ขนาดของแบตเตอรี่ Size of Battery • D เป็นถ่านไฟฉายขนาดใหญ่สุด ขนาด 33 x 60 mm. • C ที่เรียกว่า ขนาดกลาง มีขนาด 25.8 x 50 mm. • AA ขนาดเล็ก มีขนาด 14.5 x 49.5 mm. • AAA ขนาดเล็กจิ๋ว มีขนาด 10.5 x 43.7 mm. • PP3 ขนาดสี่เหลี่ยม มีขนาด 48.5 x 26.5 mm. ประวัติของแบตเตอรี่ (History of Battery)
- 9. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu การพัฒนาเทคโนโลยี (Technology Improvement) อนาคตของเบตเตอรี่ (What’s Next Generation of Dry Cell Battery) Graphene: the emergence of a new type of rechargeable battery มีการนำกราฟีน (Graphene) ในการเป็นแกนของแบตเตอรี่ของ Lithium เพื่อทำให้มีความสามารถในการชารต์แบตได้เพิ่มมากขึ้น 2.83 เท่า จากแบตเตอรี่เดิม และทำให้สามารถออกแบบขนาดของแบตได้เล็กลงถึง 10 เท่าเลยทีเดียว In October 2013, scientists claimed that: “Graphene has only recently been implemented as an electron conducting additive for lithium ion battery cathode materials. In current studies graphene is found to significantly improve cathode electrochemical performance. Graphene anodes improving lithium-ion batteries with 2.83 times charge capacity than batteries made with standard graphene and an energy footprint that is ten times smaller than that of chemical vapour deposition graphene
- 10. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu รูปแบบของการพัฒนาด้านนวัตกรรม (Type of Innovation) ลักษณะรูปแบบการพัฒนาของนวัตกรรมเป็นในรูปแบบ S-Curve โดยจะแบ่งออกเป็น 2 แกน โดยจะเป็นแกนของ ความจุของไฟฟ้า (Product Capacity mAh) และปีของการพัฒนานวัตกรรมในแต่ละตัว ที่จะเห็นว่าจากเทคโนโลยีนึง ก้าวข้ามผ่านไปอีกเทคโนโลยีนึงในลักษณะของ S-Curve อย่างชันเจน โดยในปัจจุบัน เรากำลังเข้าสู่การนำ Graphene มาพัฒนาใช้เพื่อทำให้สามารถเก็บไฟฟ้าได้มากขึ้น ซึ่งอยู่ในช่วงการพัฒนาและนำมาใช้ต่อไป
- 11. History of Dry Cell Battery by Pawoot Pongvitayapanu อ้างอิง Journal http://arxiv.org/pdf/1107.0109.pdf