บทที่ 1 แหล่งพลังงานไฟฟ้า

เซลล์ไฟฟ้าเคมี ได้แก่ ถ่านไฟฉายและแบตเตอรี่รถยนต์ เป็นการผลิตไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมี ส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมีมี 2 ส่วนที่สำคัญ คือ อิเลคโตรดหรือขั้วไฟฟ้า มี 2 ขั้ว คือ ขั้วบวก และขั้วลบ ส่วนใหญ่จะเป็นโลหะนำไฟฟ้า อิเลคโทรไลต์หรือสารละลายนำไฟฟ้า

รูปเซลล์ปฐมภูมิ

รูปเซลล์ทุติยภูมิ

เซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ไม่ได้ เซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ไม่ได้ อาจเรียกว่า เซลล์ปฐมภูมิ ตัวอย่างเซลล์ชนิดนี้ ได้แก่ เซลล์ถ่านไฟฉาย หรือ เซลล์แห้ง (dry cell) โครงสร้างของเซลล์เป็นกระป๋องทำด้วยสังกะสี เป็นขั้วลบของเซลล์ มีแท่งถ่าน (แกรไฟต์) เป็นขั้วบวกอยู่ตรงกลางเซลล์ รอบ ๆ แท่งถ่านจะบรรจุ ด้วยแมงกานีสไดออกไซด์ ผงถ่าน และแอมโมเนียมคลอไรด์ผสมสังกะสีคลอไรด์เป็นอิเลคโทรไลต์ ทำให้มีลักษณะเป็นอิเลคโทรไลต์ชื้น กั้นปิดฝากล่องด้วยพลาสติกหรือแอสฟัลต์ เพื่อกันสารละลาย ภายในไหลออก

เซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ได้ เซลล์ทุติยภูมิ ได้แก่ แบตเตอรี่รถยนต์ ถ่านไฟฉายสำหรับเครื่องคิดเลขและโทรศัพท์มือถือ · เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วหรือแบตเตอรรี่รถยนต์ เป็นเซลล์ซึ่งมีขั้วลบเป็นตะกั่ว ตะกั่ว(IV) ออกไซด์เป็นขั้วบวก และกรดซัลฟิวริกเป็นอิเลคโทรไลต์ · เซลล์โซเดียม-ซัลเฟอร์ มีโซเดียมเป็นขั้วลบ กำมะถันเป็นขั้วบวกใช้กับรถยนต์ที่ขับเคลื่อน โดยใช้กระแสไฟฟ้า เช่น รถจักรยานยนต์แบบใช้แบตเตอรี่ รถยนต์ที่ใช้ในสนามกอล์ฟ · เซลล์นิเกิล - แคดเมียม หรือ เซลล์นิแคด หรือถ่านไฟฉายชนิดที่ประจุไฟฟ้าใหม่ได้ ถ่านชนิดนี้มักมีคำว่า “rechargable” อยู่บนตัวเซลล์ เซลล์นี้มีความต่างศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1-2 โวลท์ ขั้วไฟฟ้ามักใช้แคดเมียมเป็นขั้วลบ นิเกิลออกไซด์เป็นขั้วบวกและใช้สารละลายเบส

เซลล์เชื้อเพลิง เป็นเซลล์ที่ผ่านสารตั้งต้นซึ่งเป็นเชื้อเพลิงไปที่ขั้วบวกและขั้วลบตลอดเวลา เมื่อเกิด ปฏิกิริยาภายในเซลล์จะให้พลังงานไฟฟ้า เช่น · เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจนหรือเซลล์เชื้อเพลิงในยานอวกาศ มีคาร์บอน เป็นขั้วบวกและลบ มีโซเดียมคาร์บอเนตหลอมเหลวหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้นหรือโพแทสเซียม ไฮดรอกไซด์เป็นสารละลายนำไฟฟ้า เมื่อผ่านก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความดันสูง เข้าไปภายในเซลล์ จะเกิดปฏิกิริยาเคมี ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสอง เกิดพลังงานไฟฟ้า และได้น้ำเป็นผลพลอยได้ เขียนสมการปฏิกิริยาได้ดังนี้ ไฮโดรเจน + ออกซิเจน น้ำ + พลังงานไฟฟ้า เซลล์นี้มีศักย์ไฟฟ้า 1.2 โวลท์ เป็นเซลล์ที่มีราคาแพง จึงมักใช้กับยานพาหนะที่ใช้ทางทหาร กระสวยอวกาศ

เซลล์เชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิงโพรเพน-ออกซิเจน ปัจจุบันมีการนำเซลล์เชื้อเพลิงมาใช้กับการ ขับเคลื่อนรถยนต์ โดยใช้ก๊าซธรรมชาติทำปฏิกิริยากับออกซิเจน มีกรดซัลฟิวริกเป็นสารละลายนำ ไฟฟ้า เซลล์ชนิดนี้มีข้อดี คือ ลดมลพิษในอากาศ เนื่องจากของเสียจากการเผาไหม้ คือ น้ำ

เซลล์แสงอาทิตย์ ประกอบด้วยแผ่นวัตถุ กึ่งตัวนำสองชนิดวางทับต่อกันเป็นชั้น · ชั้นบน เป็นแผ่นสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอนและฟอสฟอรัส · ชั้นล่างเป็นแผ่นสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอนและโบรอน ชั้นบนจะบางกว่าชั้นล่าง เพื่อให้แสงสว่างสามารถส่องทะลุลงไปถึงชั้นล่างได้เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบกับแผ่นบนจะเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นสารกึ่งตัวนำทั้งสอง ดังนั้นเมื่อต่อสายไฟฟ้าเข้าไปจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลจากชั้นล่างไปตามสายไฟฟ้าสู่แผ่นชั้นบน

รูปโรงไฟฟ้าเซลล์สุริยะ

Exercise 1 อิเลคโทรไลต์ คือ...................... ขั้วไฟฟ้า มี......ขั้ว คือ.............................. เซลล์ไฟฟ้าเคมี มีส่วนประกอบ.....ส่วน คือ...... จงยกตัวอย่างเซลล์ปฐมภูมิและเซลล์ทุติยภูมิมาอย่างละ 2 ตัวอย่าง ข้อดีของเซลล์เชื้อเพลิง คือ....................... จงอธิบายการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ พร้อมวาดรูป เซลล์ปฐมภูมิมีชื่อเรียกอีกชื่อว่า.............. เซลล์ทุติยภูมิมีชื่อเรียกอีกชื่อว่า.............. จงวาดรูปเซลล์ปฐมภูมิ จงวาดรูปเซลล์ทุติยภูมิ