ประโยชน์ของเซลล์ไฟฟ้าเคมี
Group Blog
 
All Blogs
 

3.เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell)

3.เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell)
อีกวิธีหนึ่งที่ใช้เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าได้แก่ เซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งมีได้หลายแบบ ขึ้นกับว่าจะใช้สารอะไรเป็นเชื้อเพลิง เช่น ออกซิเจน(จากอากาศ) และน้ำมันเชื้อเพลิง (fossil fuel) หรือไฮโดรเจนและไฮดราซีน (hydrazine,N2H4) แต่เชื้อเพลิงที่ใช้กันมากได้แก่ H2 และ O2 ซึ่งใช้กันในยานอวกาศ เพราะเชื้อเพลิงที่ใช้ยิงจรวดเป็นเชื้อเพลิงชนิดเดียวกัน เซลล์เชื้อเพลิงH2 - O2 แสดงในรูป ซึ่งแบ่งได้เป็นสามห้อง คือห้องทางซ้ายเป็นทางเข้าของ H2 และห้องทางขวาซึ่งเป็นทางเข้าของO2 และห้องที่มีตำแหน่งอยู่กลางบรรจุอิเล็กโตรไลต์ซึ่งเป็นสารละลายเบส ห้องทั้งสามแยกออกจากกันด้วยขั้วไฟฟ้าที่มีลักษณะพรุน (porous electrode) ที่ทำด้วยวัตถุตัวนำ เช่น คาร์บอนผสมด้วยแพลตินัมเล็กน้อย เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวเร่ง เมื่อป้อน H2 และ O2 เข้าทางห้องทางซ้ายและทางขวาพร้อมกัน แก๊สทั้งสองจะแพร่ผ่านไปยังขั้วไฟฟ้า และทำปฏิกิริยากับอิเล็กโตรไลต์ในห้องกลาง ออกซิเจนถูกรีดิวซ์ที่คาโทดเกิดเป็น OH- ดังนี้
คาโทด O2(g)+2H2O(I)+4e- ------------------>4OH-(aq)
อิออน OH-จะซึมผ่านไปยังอสโนด และทำปฏิกิริยากับ H2 ดังนี้
H2(g)+2OH-(aq)------------------>2H2O(I)+2e-
ปฏิกิริยาสุทธิของเซลล์คือ การเปลี่ยน H2 (g)และ O2(g) เป็น้ำนั่นเอง
2H2(g)+O2(g) ------------------> 2H2O(I)
โดยปกติจะใช้อุณหภูมิสูงพอ เพื่อน้ำที่ได้สามารถระเหยออกจากเซลล์ และควบแน่นเป็นน้ำดื่มสำหรับมนุษย์อวกาศ ถ้านำเซลล์เชื้อเพลิงหลายๆเซลล์มาต่อเข้าด้วยกัน จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายๆกิโลวัตต์
เซลล์เชื้อเพลิงมีข้อดีหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แห้ง หรือเซลล์สะสมตะกั่ว เช่นสามารถป้อนเชื้อเพลิงตลอดเวลา จึงได้เกิดพลังงานขึ้นอย่างไม่มีที่สิ้นสุดและมีประสิทธิภาพสูงกว่า






ภาพของเซลล์เชื้องเพลิง




นอกจากนี้แล้ว เซลล์เชื้อเพลิงสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดนตรง โดยไม่มีผลิตผลพลอยได้ที่ไม่พึงปรารถนาอย่างอื่น (การผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใช้กันในปัจจุบันทั่วไปต้องใช้เชื้อเพลิงในการต้มน้ำให้ได้ไอเพื่อนำไปหมุนกังหันที่ต่อ) และยังมีประสิทธิภาพสูงกว่า (เซลล์เชื้อเพลิงอาจมีประสิทธิภาพมากกว่า 80% เปรียบเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไอน้ำ ซึ่งทั่วไปสูงเพียงประมาณ 40% เท่านั้น)เซลล์เชื้อเพลิงจึงอาจเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญในอนาคต




Credit://www.elecnet.chandra.ac.th/learn/courses/5513101/termwork/galvanic/type_of_galok.html




 

Create Date : 02 มกราคม 2552    
Last Update : 16 มกราคม 2552 23:36:49 น.
Counter : 834 Pageviews.  

2. เซลล์ทุติยภูมิ<Secondary Galvanic Cell>

2. เซลล์ทุติยภูมิSecondary Galvanic Cell
เป็นเซลล์ที่สารซึ่งเป็นส่วนประกอบของเซลล์สามารถทำกลับให้อยู่ในสภาพเดิมได้อีกโดยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศทางตรงกันข้ามกับการจ่ายไฟ (Discharge) วิธีการนี้เป็นการให้ประจุใหม่แก่เซลล์ เซลล์ชนิดนี้ได้แก่ แบตเตอรี่ตะกั่ว และแบตเตอรี่แบบเอดิสันเป็นต้น
2.1 แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว (lead storage battery)
แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วจะ ประกอบด้วยอิเล็กโตรดสองอันซึ่งเป็นแผ่นตะกั่ว และแผ่นเลด(IV) ออกไซด์ มีกรดซัลฟุริกเจือจางเป็นอิเล็กโตรไลต์ เมื่อมีการจ่ายไฟฟ้า แผ่นตะกั่วจะถูกออกซิไดส์เป็นเลด (II) ไอออน และทำหน้าที่เป็นขั้วลบ ดังรูป

Pb(s) --------->Pb2+(aq) + 2e-






รูปที่4. ส่วนประกอบของแบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว


เลด(II) ไอออนจะรวมตัวกับชัลเฟตไอออนเป็นเลด(II) ซัลเฟต
Pb2+(aq) + SO2-4(aq) ------------>PbSO4(s)
เมื่อรวมสมการทั้งสองเข้าด้วยกัน ก็จะเป็นปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ที่มีการเกิดออกซิเดชัน

Pb(s) + SO2-4(aq) ------------>PbSO4(s) +2e-

อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากขั้วลบตามเส้นลวดไปยังอิเล็กโตรดอีกอันหนึ่งที่เป็นเลด(IV) ออกไซด์ ซึ่งมีไฮโดรเจนไอออนจากอิเล็กโตรไลต์และจะถูกรีดิวซืดังสมการ

PbO2(s) +4H+(aq) +2e---------->Pb2+(aq) + 2H2O
และ Pb2+ จะรวมตัวกับ SO2-4 ที่มีในสารละลาย
Pb2+(aq) + SO2-4(aq)------------>PbSO4 (s)
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่เลด (IV) ออกไซด์จึงเป็นปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ที่มีการเกิดรีดักชัน
PbO2(s) + 4H+(aq) + SO2-4(aq) + 2e- ------------>PbSO4(s) + 2H2O
การจ่ายไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากทั้งสองอิเล็กโตรดอาจสรุปได้ดังนี้
ขั้วลบ
Pb(s) + SO2-4(aq)-------->PbSO4(s) + 2e-
ขั้วบวก
PbO2(s) + 4H+(aq) + SO2-4(aq) + 2e------------>PbSO4(s) + 2H2O
----------------------------------------
Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO2-4(aq)----->2PbSO4(s) +2H2O
----------------------------------------
ปฏิกิริยาของเชลล์ข้างบนเป็นแบบผันกลับได้ เพราะฉะนั้นถ้าต้องการให้ผันกลับก็จำเป็นจะต้องมีการอัดไฟฟ้า โดยการต่อขั้วบวกของเซลล์กับขั้วบวกของเครื่องอัดไฟฟ้าและขั้วลบกับขั้วลบของเครื่องอัดไฟฟ้า ปฏิกิริยาสุทธิข้างบนก็จะเปลี่ยนทิศทางเป็นจากขวาไปซ้าย ในลักษณะนี้เลด(II) ซัลเฟตที่ขั้วลบก็จะเปลี่ยนเป็นตะกั่ว ส่วนอีกขั้วหนึ่ง เลด(II) ซัลเฟตจะเปลี่ยนเป็นเลด (IV) ออกไซด์
ตามปฏิกิริยาของแบตเตอรี่สะสมแบบตะกั่วจะเห็นว่าในขณะที่มีการจ่ายไฟฟ้า ความเข้มข้นของกรดจะลดลงเรื่อยๆ ตามปกติตอนที่มีศักย์ ไฟฟ้าเต็มที่จะมีความถ่วงจำเพาะ ประมาณ 1.25 ถึง 1.30 แล้วแต่อุณหภูมิในขณะนั้นๆ ถ้าหากเมื่อใดมีความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า 1.20 ที่อุณหภูมิของห้องก็ควรจะมีการอัดไฟฟ้าได้ แต่ละเซลล์ของแบตเตอรี่จะมีศักย์ไฟฟ้าประมาณ 2 โวลต์ เพราะฉะนั้นถ้ารถยนต์ใช้แบตเตอรี่ 12 โวลต์ก็จะต้องประกอบด้วย 6 เซลล์
2.2 แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบเอดิสัน (Edison storage battery)
แบตเตอรี่แบบนี้ประกอบแผ่นเหล็กกล้า บรรจุผงเหล็กละเอียดส่วนนี้ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ สำหรับขั้วบวกเป็นแผ่นเหล็กกล้าบรรจุด้วยนิเกิล(IV) ออกไซด์ไฮเดรต ส่วนอิเล็กโตรไลต์เป็นสารละลายที่มีโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 21% ผสมลิเที่ยมไฮดรอกไซด์เล็กน้อย เมื่อมีการจ่ายไฟฟ้า ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์เกิดขึ้นดังนี้
ขั้วลบ Fe(s) + 2OH-(aq) ----------->Fe(OH)2(s) + 2e-
ขั้วบวก NiO2(s) + 2H2O + 2e- ---------->Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)
--------------------------------------------
Fe(s) + NiO2(s) + 2H2O----------->Fe(OH)2(s) + Ni(OH)2(S)
--------------------------------------------
เมื่อมีการอัดไฟฟ้า ปฏิกิริยาจะเปลี่ยนทิศทางจากขวาไปซ้าย ศักย์ไฟฟ้าของแต่ละเซลล์ของแบตเตอรี่แบบเอดิสัน มีค่าประมาณ 1.4 โวลต์
ถ้าใช้ผงแคดเมียมมาแทนผงเหล็กจะเป็นแบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบนิกเกิล-แคดเมียม ซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.3 โวลต์ และมีปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ พอสรุปได้ดังนี้
ขั้วลบ Cd(s) + 2OH-(aq) ----------->Cd(OH)2(s) + 2e-
ขั้วบวก NiO2(s) + 2H2O + 2e- ----------->Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)
--------------------------------------------
Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O ---------->Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)
---------------------------------------------
แบตเตอรี่ทั้งสองแบบที่กล่าวถึงในหัวข้อที่ 2. มีข้อดีคือ สามารถเก็บไว้นานๆได้โดยไม่เสื่อมคุณภาพ ให้ศักย์ไฟฟ้าค่อนข้างคงที่ ใช้กับอุปกรณ์วัดแสงในการถ่ายรูป เครื่องคิดเลข และอื่นๆ


Credit://www.elecnet.chandra.ac.th/learn/courses/5513101/termwork/galvanic/type_of_galok.html




 

Create Date : 02 มกราคม 2552    
Last Update : 16 มกราคม 2552 23:36:39 น.
Counter : 4084 Pageviews.  

1. เซลล์ปฐมภูมิ( Primary Cell)

1. เซลล์ปฐมภูมิ< Primary Cell>
เป็นเซลล์ที่เมื่อใช้แล้วไม่อาจทำให้กลับไปสู่สภาพเดิมได้อีกโดยใช้ศักย์ไฟฟ้าภาพนอก เซลล์ชนิดนี้ได้แก่ ดาเนียลเซลล์ เซลล์แห้ง และอื่นๆ
1.1 เซลล์แห้ง
เซลล์แห้งหรือบางทีเรียกว่าเซลล์เลอคลัง เซลล์ (leclanche cell) เป็นเซลล์ที่ใช้ในไฟฉายในรูปของถ่านไฟฉายหรือใช้ในประโยชน์อื่นๆ เช่น ในวิทยุ เครื่องคิดเลข ฯลฯ ซึ่งมีลักษณะตามรูปที่ 1. กล่องของเซลล์ทำด้วยโลหะสังกะสีซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วลบ ส่วนแท่งคาร์บอนหรือแกไฟต์ทำหน้าที่เป็นขั้วบวก ภายในกล่องระหว่างสองอิเล็กโตรดบรรจุด้วยของผสมของแอมโมเนียมคลอไรด์, แมงกานีส (IV) ออกไซด์, ซิงค์ (II) คลอไรด์, ผงคาร์บอนกับของแข็งอื่นที่ไม่มีส่วนในการทำปฏิกิริยาและทำให้ชุ่มด้วยน้ำ ระหว่างของผสมเหล่านี้กับกล่องสังกะสีกั้นด้วยกระดาษพรุน ตอนบนของเซลล์ผนึกด้วยวัสดุที่สามารถรักษาความชื้นภายในเซลล์ให้คงที่ เมื่อเซลล์ทำหน้าที่จ่ายไฟฟ้า Zn จะละลายเป็น Zn2+เป็นเหตุให้กล่องสังกะสีเป็นขั้วลบ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจึงเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน

Zn(s) ------------> Zn2+(aq) + 2e-
ที่ขั้วบวก แมงกานีส(IV) ออกไซด์ก็จะถูกรีดิวซ์ ซึ่งมีปฏิกิริยาครึ่งเซลล์เป็นดังนี้





รูปที่1. ส่วนประกอบของเซลล์แห้ง


2MnO2(s) + 8NH4+(aq) + 2e------------>2Mn3+(aq)-4H2O + 8NH3<(aq)
เพราะฉะนั้นปฏิกิริยาสุทธิที่ได้จากปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ทั้งสอง จึงเป็น

Zn(s) +2MnO2(s) + 8NH+4(aq)------------>Zn2+(aq) + 2Mn3+(aq) + 8NH3(aq) + 4H2O
ถ้ามีการจ่ายกระแสไฟฟ้ามากก็จะทำให้เกิด NH3 ขึ้น ซึ่งจะเข้าทำปฏิกิริยากับ Zn2+ เกิดเป็นไอออนเชิงซ้อน เป็นต้นว่า [Zn(NH3)4]2+ และ [ Zn(NH3)4 ]2+ และ [ Zn(NH3)2(H2O)2]2+ เซลล์แห้งดังกล่าวจะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ การเกิดไอออนเชิงซ้อนช่วยรักษาความเข้มข้นของ Zn2+ ไม่ให้สูงขึ้น จึงทำให้ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เกือบคงที่เป็นเวลานานพอสมควร
1.2 เซลล์สำหรับวัตถุประสงค์พิเศษ
สำหรับเซลล์วัตถุประสงค์พิเศษ ที่จะกล่าวถึง ได้แก่ เซลล์รูบิน-มาลลอรี่(Rubin-Mallory cell) หรือบางทีเรียกเซลล์เมอร์คิวรี(Mercury cell) ซึ่งมีขนาดเล็กและใช้กันมากในเครื่องฟังเสียงสำหรับคนหูพิการ หรือประโยชน์อื่นๆ เซลล์นี้ใช้กล่องสังกะสีเป็นขั้วลบ แท่งคาร์บอน(แกรไฟต์ เป็นขั้วบวก คล้ายกับของเซลล์แห้ง แต่ใช้อิเล็กโตรไลต์เป็นของผสมที่ชุ่มและเหนียวของเมอร์คิวรี (II) ออกไซด์ โซเดียมหรือโพแทสเซียมไฮ ดรอกไซด์ เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.3 โวลต์ และมีปฏิกิริยาเคมีดังนี้
ขั้วลบ Zn(s) + 2OH-(aq)----------->Zn(OH)2(s) + 2e-
ขั้วบวก HgO(s) + 2H2O + 2e- --------->Hg(l) + 2OH-(aq)
---------------------------------------------
ปฏิกิริยาสุทธิ Zn(s) + HgO(s) + 2H2O ------>Zn(OH)2(s) + Hg(l)
-------------------------------------------
ลักษณะของเซลล์เมอร์คิวรีแสดงไว้ในรูป






รูปที่2. ส่วนประกอบของเซลล์เมอร์คิวรี


1.3 ดาเนียลเซลล์ (Daniel Cell)






รูปที่3. ดาเนียลเซลล์

จากภาพ อิเล็กโตรดทองแดงประกอบด้วยโลหะทองแดงบรรจุอยู่ในสารละลายอิ่มตัวของคอปเปอร์(||) ซัลเฟต (A) ส่วนล่างของเซลล์มีผลึกของคอปเปอร์ซัลเฟตเพื่อให้สารละลายอิ่มตัว สารอิเล็กโตรดสังกะสีประกอบด้วย โลหะสังกะสี( B ) ลอยอยู่ในสารละลายสังกะสีซัลเฟตที่เจือจางไกล้ๆส่วนบนของเซลล์ เหนือสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่า เมื่อโลหะสังกะสีและทองแดงเชื่อมต่อกันด้วยลวด อิเล็กตรอนจะไหลผ่านเส้นลวดจากสังกะสีซึ่งถูกออกซิไดซ์ง่ายกว่าไปยังทองแดงซึ่งออกซิไดซ์ยากกว่า สังกะสีจะถูกออกซไดซ์กลายเป็น Zn2+ ในสารละลาย ในขณะเดียวกัน Cu2+ จะถูกรีดิวซ์เป็นทองแดง ดังสมการ

อะโนด: Zn------------->Zn2+ + 2e-

คะโทด : Cu2+ + 2e-------------->Cu

----------------------------

Zn + Cu2+---------------->Zn2+ + Cu
ถ้าความเข้มข้นของ Zn2+ เพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาที่ขั้วบวก ( anode ) จะเลื่อนไปทางซ้าย เป็นผลให้ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ลดลง
เซลล์ที่ใช้หลักการเดียวกับดาเนียลเซลล์ แต่ใช้แคดเมียมและนิเกิลแทนสังกะสีและทองแดงใช้กันมากในแบตเตอรี่ เพราะมีอายุการใช้งานที่นานกว่า



Credit://www.elecnet.chandra.ac.th/learn/courses/5513101/termwork/galvanic/type_of_galok.html




 

Create Date : 02 มกราคม 2552    
Last Update : 16 มกราคม 2552 23:36:29 น.
Counter : 1410 Pageviews.  

ประโยชน์

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิก

          เซลล์กัลวานิก อาจแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ ลักษณะแรงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดภายในเซลล์สามารถทำให้เกิดไฟฟ้านั้นเป็นปฏิกิริยาที่ไม่ผันกลับ หรืออีกนัยหนึ่งสารที่ทำปฏิกิริยาไม่สามารถจะทำให้คืนกลับสู่สภาพเดิมได้โดยการอัดไฟฟ้าเข้าไป เซลล์ชนิดนี้เรียกว่า เซลล์กัลวานิกแบบปฐมภูมิ(primary galvanic cell) อีกลักษณะหนึ่งเป็นเซลล์ที่สามารถทำให้สารที่ทำปฏิกิริยากลับคืนสู่สภาพเดมได้ โดยต่อให้กระแสไฟฟ้าตรงจากภายนอกเคลื่อนที่เข้าสู่เซลล์ในทิศทางที่กลับกันกับทิศทางของการจ่ายไฟฟ้าของเซลล์ หรืออีกนัยหนึ่งปฏิกิริยาของเซลล์ชนิดนี้เป็นปฏิกิริยาแบบผันกลับ เซลล์ชนิดนี้เรียกว่า เซลล์ทุติยภูมิ หรือเซลล์ผันกลับ (secondary or reversible cell) ส่วนคำว่าแบตเตอรี่ (battery) คือเซลล์อันหนึ่งหรือกลุ่มของเซลล์แบบเดียวกันต่อกันหลายๆ อัน ที่สามารถให้กำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เป็นประโยชน์ได้
                             




Credit://www.elecnet.chandra.ac.th/learn/courses/5513101/termwork/galvanic/type_of_galok.html




 

Create Date : 02 มกราคม 2552    
Last Update : 16 มกราคม 2552 23:25:47 น.
Counter : 365 Pageviews.  


monomord
Location :
ลพบุรี Thailand

[Profile ทั้งหมด]

ให้ทิปเจ้าของ Blog [?]
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
Smember
ผู้ติดตามบล็อก : 1 คน [?]




เป็นการรวบรวมประโยชน์เซลล์ไฟฟ้าเคมีไว้
ยังไงก็ขอบคุณที่เข้าชมนะครับ
Friends' blogs
[Add monomord's blog to your web]
Links
 

 Pantip.com | PantipMarket.com | Pantown.com | © 2004 BlogGang.com allrights reserved.