ประเภทแบตเตอรี่ลักษณะและปฏิกิริยา - เคมี - 2026

ในตลาดคุณจะได้รับแบตเตอรี่ประเภทต่างๆที่มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง แบตเตอรี่ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าเซลล์โวลตาอิกช่วยให้ผู้บริโภคได้รับประโยชน์จากการใช้ไฟฟ้ากับพวกเขาได้ทุกที่ (ตราบเท่าที่เงื่อนไขไม่รุนแรง)

โดยทั่วไปสามารถซื้อแบตเตอรี่ที่มีฉนวนหุ้มได้ แต่พวกเขายังทำได้ควบคู่กันเป็นอนุกรมหรือขนานซึ่งชุดของพวกเขาเรียกว่าแบตเตอรี่ และบางครั้งจึงมีการใช้คำว่า 'แบตเตอรี่' และ 'แบตเตอรี่' โดยไม่เลือกปฏิบัติแม้ว่าจะไม่เหมือนกันก็ตาม

แบตเตอรี่อัลคาไลน์: แบตเตอรี่ประเภทหนึ่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ที่มา: Pexels

กองซ้อนสามารถมีสีรูปร่างและขนาดได้นับไม่ถ้วนเช่นเดียวกับที่ทำจากวัสดุอื่น ๆ ในทำนองเดียวกันและที่สำคัญกว่านั้นคือโครงสร้างภายในซึ่งเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าทำหน้าที่แยกพวกมันออกจากกัน

ตัวอย่างเช่นภาพด้านบนแสดงแบตเตอรี่อัลคาไลน์ 3 ก้อนซึ่งเป็นหนึ่งในแบตเตอรี่ที่พบมากที่สุด คำว่าอัลคาไลน์หมายถึงความจริงที่ว่าตัวกลางที่การปลดปล่อยและการไหลของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นเป็นพื้นฐาน นั่นคือมี pH มากกว่า 7 และ OH ^-แอนไอออนและประจุลบอื่น ๆมีอำนาจเหนือกว่า

การจัดอันดับทั่วไป

ก่อนที่จะกล่าวถึงแบตเตอรี่ประเภทต่างๆบางประเภทคุณจำเป็นต้องทราบว่าแบตเตอรี่เหล่านี้ได้รับการจัดประเภททั่วโลกว่าเป็นแบตเตอรี่หลักหรือรอง

หลัก

แบตเตอรี่หลักคือแบตเตอรี่ที่เมื่อใช้หมดแล้วจะต้องทิ้งหรือรีไซเคิลเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่ใช้กระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถชาร์จใหม่ได้

ส่วนใหญ่จะใช้ในการใช้งานที่ไม่สามารถชาร์จพลังงานไฟฟ้าได้ เช่นในอุปกรณ์ทางทหารกลางสนามรบ ในทำนองเดียวกันพวกเขาได้รับการออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเพื่อให้ใช้งานได้นานขึ้น ตัวอย่างเช่นรีโมทคอนโทรลหรือคอนโซลพกพา (เช่น Gameboy, Tetris และ Tamagotchi)

แบตเตอรี่อัลคาไลน์เพื่ออ้างอิงอีกตัวอย่างหนึ่งก็อยู่ในประเภทหลักเช่นกัน โดยปกติจะมีรูปทรงกระบอกแม้ว่าจะไม่ได้หมายความว่าแบตเตอรี่ทรงกระบอกไม่สามารถรองหรือชาร์จใหม่ได้

โรงเรียนมัธยม

แบตเตอรี่สำรองต่างจากแบตเตอรี่หลักคือสามารถชาร์จแบตเตอรี่สำรองได้เมื่อพลังงานหมด

เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นภายในปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถย้อนกลับได้ดังนั้นหลังจากใช้แรงดันไฟฟ้าบางส่วนทำให้สายพันธุ์ของผลิตภัณฑ์กลับมามีปฏิกิริยาอีกครั้งจึงเริ่มปฏิกิริยาอีกครั้ง

เซลล์รองบางเซลล์ (เรียกว่าแบตเตอรี่) มักมีขนาดเล็กเช่นเซลล์หลัก อย่างไรก็ตามมีไว้สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานมากขึ้นและการใช้แบตเตอรี่หลักจะไม่สามารถใช้งานได้จริงในเชิงเศรษฐกิจและมีพลัง ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือประกอบด้วยเซลล์สำรอง

นอกจากนี้เซลล์ทุติยภูมิได้รับการออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์หรือวงจรขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่รถยนต์ซึ่งประกอบด้วยแบตเตอรี่หรือเซลล์โวลตาอิกหลายก้อน

โดยทั่วไปแล้วจะมีราคาแพงกว่าเซลล์และแบตเตอรี่หลัก แต่สำหรับการใช้งานในระยะยาวพวกเขากลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพมากกว่า

ด้านอื่น ๆ

สแต็คถูกจัดประเภทเป็นหลักหรือรอง แต่ในเชิงพาณิชย์หรือเป็นที่นิยมมักจำแนกตามรูปร่าง (ทรงกระบอกสี่เหลี่ยมแบบปุ่ม) อุปกรณ์ที่ต้องการ (กล้องยานพาหนะเครื่องคิดเลข) ชื่อ (AA, AAA, C, D, N, A23 เป็นต้น ) และรหัส IEC และ ANSI

นอกจากนี้ลักษณะเช่นแรงดันไฟฟ้า (1.2 ถึง 12 โวลต์) ตลอดจนอายุการใช้งานและราคามีหน้าที่รับผิดชอบในการจำแนกประเภทที่แน่นอนในสายตาของผู้บริโภค

รายการประเภทแบตเตอรี่

- คาร์บอนสังกะสี

แบตเตอรี่คาร์บอน - สังกะสี (หรือที่เรียกว่าเซลล์Leclanchéหรือแบตเตอรี่น้ำเกลือ) เป็นหนึ่งในแบตเตอรี่ที่มีความเก่าแก่ที่สุดและปัจจุบันถือว่าเกือบจะเลิกใช้แล้วเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่อื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่อัลคาไลน์ซึ่งแม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าเล็กน้อย แต่มีอายุการใช้งานและแรงดันไฟฟ้าที่ยาวนานกว่า

ตามชื่อของมันอิเล็กโทรดประกอบด้วยกระป๋องสังกะสีและแท่งกราไฟท์ซึ่งสอดคล้องกับขั้วบวกและแคโทดตามลำดับ

ในอิเล็กโทรดแรกแอโนดอิเล็กตรอนเกิดจากการออกซิเดชันของสังกะสีโลหะ จากนั้นอิเล็กตรอนเหล่านี้จะผ่านวงจรภายนอกที่ป้อนอุปกรณ์ด้วยพลังงานไฟฟ้าจากนั้นจะไปสิ้นสุดที่แคโทดกราไฟต์ซึ่งวงจรจะเสร็จสมบูรณ์โดยการลดแมงกานีสไดออกไซด์ที่แช่อยู่

ปฏิกิริยา

สมการเคมีสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าคือ:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (แอโนด)

2 MnO ₂ (s) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (แคโทด)

แบตเตอรี่เหล่านี้คล้ายกับแบตเตอรี่อัลคาไลน์มาก: ทั้งสองก้อนมีลักษณะเป็นทรงกระบอก (เช่นในภาพ) อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่คาร์บอน - สังกะสีสามารถแยกแยะได้หากอ่านลักษณะที่ระบุไว้ด้านนอกโดยละเอียดหรือหากรหัส IEC นำหน้าด้วยตัวอักษร R แรงดันไฟฟ้าคือ 1.5 V

- อัลคาไลน์

แบตเตอรี่อัลคาไลน์จะคล้ายกับประเภทคาร์บอนสังกะสีมีความแตกต่างที่ขนาดกลางที่ขั้วไฟฟ้าที่มีอยู่มีโอ^-แอนไอออน กลางกล่าวประกอบด้วยอิเล็กโทรไลแข็งแกร่งของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ซึ่งก่อโอ้^-ซึ่งมีส่วนร่วมและ "ทำงานร่วมกัน" ในการย้ายถิ่นของอิเล็กตรอน

มีขนาดและแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันแม้ว่าส่วนใหญ่จะเป็น 1.5V อาจเป็นแบตเตอรี่ที่รู้จักกันดีในตลาด (เช่น Duracell)

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าของคุณคือ:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- (แอโนด)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (s) + 2OH ^- (aq) (แคโทด)

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นปฏิกิริยาจะเกิดเร็วขึ้นและแบตเตอรี่จะคายประจุเร็วขึ้น ที่น่าสนใจคือข่าวลือที่ได้รับความนิยมแพร่กระจายไปยังตู้แช่แข็งเพื่อเพิ่มอายุการใช้งาน อย่างไรก็ตามเมื่อทำให้เย็นลงเนื้อหาอาจได้รับการแข็งตัวที่เป็นไปได้ซึ่งอาจนำไปสู่ข้อบกพร่องหรือความเสี่ยงในภายหลัง

ปรอท

แบตเตอรี่ปรอทที่น่าจะเป็นซึ่งอาจทำให้สับสนกับแบตเตอรี่ซิลเวอร์ออกไซด์ ที่มา: Multicherry

แบตเตอรี่ปรอทมีลักษณะเฉพาะเนื่องจากปุ่มสีเงินที่มีรูปร่างแปลกตา (ภาพด้านบน) เกือบทุกคนจะจำได้ในแวบแรก พวกมันยังเป็นอัลคาไลน์ แต่มีแคโทดรวมอยู่ด้วยนอกเหนือจากกราไฟต์และแมงกานีสไดออกไซด์ปรอทออกไซด์ HgO; ซึ่งหลังจากลดลงจะถูกเปลี่ยนเป็นปรอทโลหะ:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (s) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (s) + 2OH ^-

สังเกตว่า OH ^-แอนไอออนถูกใช้และสร้างใหม่ในปฏิกิริยาของเซลล์เหล่านี้อย่างไร

เป็นแบตเตอรี่ขนาดเล็กจึงมีไว้สำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็กเช่นนาฬิกาเครื่องคิดเลขอุปกรณ์ควบคุมของเล่นเป็นต้น ใครก็ตามที่ใช้วัตถุเหล่านี้จะรู้ว่าไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่เป็นเวลาเกือบชั่วนิรันดร์ ซึ่งจะเท่ากับ 10 ปีโดยประมาณ

ซิลเวอร์ออกไซด์

แบตเตอรี่ซิลเวอร์ออกไซด์ ที่มา: Lukas A, CZE

ข้อบกพร่องหลักของแบตเตอรี่ปรอทคือเมื่อทิ้งแล้วจะเป็นปัญหาร้ายแรงต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากลักษณะความเป็นพิษของโลหะนี้ บางทีนี่อาจเป็นสาเหตุที่ไม่มีรหัส IEC และ ANSI สำหรับแบตเตอรี่ซิลเวอร์ออกไซด์รหัส IEC จะนำหน้าด้วยตัวอักษร S

หนึ่งในสิ่งทดแทนสำหรับแบตเตอรี่ปรอทนั้นสอดคล้องกับแบตเตอรี่ซิลเวอร์ออกไซด์ซึ่งมีราคาแพงกว่ามาก แต่มีผลกระทบต่อระบบนิเวศน้อยกว่า (ภาพบน) เดิมมีสารปรอทเพื่อป้องกันสังกะสีจากการกัดกร่อนของด่าง

สามารถใช้ได้กับแรงดันไฟฟ้า 1.5V และการใช้งานคล้ายกับแบตเตอรี่ปรอทมาก ในความเป็นจริงเมื่อมองแวบแรกแบตเตอรี่ทั้งสองก้อนมีลักษณะเหมือนกัน แม้ว่าอาจจะมีกองซิลเวอร์ออกไซด์ที่ใหญ่กว่ามากก็ตาม

ปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้าคือ:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 จ^-

Ag ₂ O (s) + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2Ag (s) + H ₂ O (l)

น้ำภายหลังผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในเน่าเฟะ H ⁺และ OH ^-ไอออน

โปรดทราบว่าแทนที่จะเป็นปรอทเงินโลหะจะถูกสร้างขึ้นบนแคโทด

- นิกเกิลแคดเมียม (NiCad)

แบตเตอรี่ NiCd ที่มา: LordOider

จากจุดนี้จะพิจารณาเซลล์รองหรือแบตเตอรี่ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ปรอทแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียมเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม (สำหรับสัตว์ป่าและสุขภาพ) เนื่องจากแคดเมียมที่เป็นโลหะ

มีลักษณะการสร้างกระแสไฟฟ้าสูงและสามารถชาร์จใหม่ได้เป็นจำนวนมาก ในความเป็นจริงสามารถชาร์จใหม่ได้ทั้งหมด 2,000 ครั้งซึ่งเท่ากับความทนทานที่ไม่ธรรมดา

อิเล็กโทรดประกอบด้วยนิกเกิลออกไซด์ไฮดรอกไซด์ NiO (OH) สำหรับแคโทดและแคดเมียมโลหะสำหรับขั้วบวก โดยพื้นฐานแล้วเหตุผลทางเคมียังคงเหมือนเดิม: แคดเมียม (แทนสังกะสี) สูญเสียอิเล็กตรอนและแคดเมียม NiO (OH) ได้รับ

ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์คือ:

Cd (s) + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ (s) + 2e ^-

2NiO (OH) (s) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq)

OH ^-แอนไอออนอีกครั้งมาจากอิเล็กโทรไลต์ KOH จากนั้นแบตเตอรี่ NiCad จะสร้างไฮดรอกไซด์ของโลหะนิกเกิลและแคดเมียม

ใช้เป็นรายบุคคลหรือใช้คู่กับบรรจุภัณฑ์ (เช่นสีเหลืองภาพด้านบน) ดังนั้นพวกเขาจึงมาในแพ็คเกจขนาดใหญ่หรือเล็ก เด็ก ๆ หาของใช้ในของเล่น แต่เครื่องบินขนาดใหญ่ใช้สำหรับเครื่องบินและยานพาหนะไฟฟ้า

- นิกเกิล - เมทัลไฮไดรด์ (Ni-HM)

แบตเตอรี่ Ni-HM ที่มา: Ramesh NG จาก Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

เซลล์หรือแบตเตอรี่ที่รู้จักกันดีอีกชนิดหนึ่งซึ่งมีความจุพลังงานเกินกว่า NiCad คือ Ni-HM (นิกเกิลและโลหะไฮไดรด์) สามารถมาในรูปแบบทรงกระบอก (แบตเตอรี่ทั่วไปภาพด้านบน) หรือใช้คู่กับแบตเตอรี่

ในทางเคมีมีลักษณะเกือบจะเหมือนกับแบตเตอรี่ NiCad โดยมีความแตกต่างหลักคือขั้วลบ: แคโทดไม่ใช่แคดเมียม แต่เป็นโลหะผสมระหว่างโลหะหายากและโลหะทรานซิชัน

โลหะผสมนี้มีหน้าที่ในการดูดซับไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างการชาร์จทำให้เกิดโลหะไฮไดรด์ที่ซับซ้อน (ดังนั้นจึงมีตัวอักษร H ในชื่อ)

แม้ว่าแบตเตอรี่ Ni-HM จะให้พลังงานมากกว่า (เพิ่มขึ้นประมาณ 40%) แต่ก็มีราคาแพงกว่าเสื่อมสภาพเร็วกว่าและไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ในจำนวนครั้งเดียวกับแบตเตอรี่ NiCad นั่นคือพวกมันมีอายุการใช้งานที่สั้นลง อย่างไรก็ตามพวกเขาไม่มีเอฟเฟกต์หน่วยความจำ (การสูญเสียประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เนื่องจากไม่ได้ใช้พลังงานอย่างเต็มที่)

ด้วยเหตุนี้จึงไม่ควรใช้ในเครื่องจักรที่ทำงานในระยะยาว แม้ว่าปัญหานี้จะได้รับการบรรเทาด้วยแบตเตอรี่ LSD-NiHM ในทำนองเดียวกันเซลล์หรือแบตเตอรี่ Ni-HM มีลักษณะการระบายความร้อนที่เสถียรมากสามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิที่หลากหลายโดยไม่แสดงถึงความเสี่ยง

ปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าของคุณคือ:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) ⇌ NiO (OH) (s) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (ล) + M (s) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + MH (s)

- ไอออนลิเธียม

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับแล็ปท็อป ที่มา: Kristoferb จาก Wikipedia

ในเซลล์ลิเธียมและแบตเตอรี่จะขึ้นอยู่กับการโยกย้ายของ Li ⁺ไอออนซึ่งถูกถ่ายโอนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของแรงขับไฟฟ้าสถิตเนื่องจากประจุบวกที่เพิ่มขึ้น

บางรุ่นสามารถชาร์จใหม่ได้เช่นแบตเตอรี่แล็ปท็อป (ภาพบนสุด) และอื่น ๆ แบตเตอรี่ทรงกระบอกและสี่เหลี่ยม (LiSO ₂ , LiSOCl ₂หรือ LiMnO ₂ ) ไม่สามารถทำได้

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีลักษณะที่เบาและกระฉับกระเฉงซึ่งช่วยให้สามารถใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดเช่นสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์ทางการแพทย์ ในทำนองเดียวกันพวกเขาแทบจะไม่ได้รับผลกระทบจากหน่วยความจำความหนาแน่นของประจุเกินกว่าเซลล์และแบตเตอรี่ NiCad และ Ni-HM และใช้เวลาในการคายประจุนานขึ้น

อย่างไรก็ตามพวกมันมีความไวต่ออุณหภูมิสูงมากแม้กระทั่งการระเบิด และนอกจากนี้มักจะมีราคาแพงกว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่อื่น ๆ ถึงกระนั้นแบตเตอรี่ลิเธียมยังได้รับความนิยมในตลาดและผู้บริโภคจำนวนมากให้คะแนนว่าดีที่สุด

- ตะกั่วกรด

แบตเตอรี่กรดตะกั่วทั่วไปสำหรับรถยนต์ ที่มา: Tntflash

และในที่สุดก็แบคทีเรียกรดตะกั่วเป็นชื่อของมันบ่งบอกไม่ได้มี OH ^-แต่ H ⁺ไอออน; โดยเฉพาะสารละลายเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก เซลล์โวลตาอิกอยู่ในกล่อง (ภาพบน) ซึ่งสามหรือหกในนั้นสามารถประกอบเป็นอนุกรมโดยให้แบตเตอรี่ 6 หรือ 12 โวลต์ตามลำดับ

สามารถสร้างประจุไฟฟ้าจำนวนมากและเนื่องจากมีน้ำหนักมากจึงมีไว้สำหรับการใช้งานหรืออุปกรณ์ที่ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้ด้วยตนเอง ตัวอย่างเช่นรถยนต์แผงโซลาร์เซลล์และเรือดำน้ำ แบตเตอรี่ชนิดกรดนี้เก่าแก่ที่สุดและยังคงอยู่ในอุตสาหกรรมยานยนต์

อิเล็กโทรดทำจากตะกั่ว: PbO ₂สำหรับแคโทดและตะกั่วโลหะที่เป็นรูพรุนสำหรับขั้วบวก ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในพวกเขาคือ:

Pb (s) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (l)

อ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
2. Odunlade Emmanuel (24 กรกฎาคม 2561). แบตเตอรี่ประเภทต่างๆและการใช้งาน วงจรย่อย ดึงมาจาก: circuitdigest.com
3. ทดสอบ. (เอสเอฟ) ประเภทของแบตเตอรี่ สืบค้นจาก: prba.org
4. Isidor Buchman (2019). แบตเตอรี่ที่ดีที่สุดคืออะไร? มหาวิทยาลัยแบตเตอรี่. ดึงมาจาก: batteryuniversity.com
5. บริษัท McGraw-Hill (2007) บทที่ 12: แบตเตอรี่ . ดึงมาจาก: oakton.edu
6. Shapley Patricia (2012) ประเภทแบตเตอรี่ทั่วไป มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ สืบค้นจาก: butane.chem.uiuc.edu
7. ทัศนคติทางนิเวศวิทยา (22 มกราคม 2560). ประเภทของแบตเตอรี่: คู่มือฉบับสมบูรณ์พร้อมแบตเตอรี่ที่มีอยู่ สืบค้นจาก: actitudecologica.com