การตรวจสุขภาพของแบตเตอรี่ (ตอนที่ 1)

สืบเนื่องจากในงาน Solar Cell Expo 2015 คำถามที่ได้รับมากที่สุดคือ เราจะรู้ได้อย่างไรว่าแบตเตอรี่ยังดีอยู่หรือเปล่า เราจะตรวจสอบได้อย่างไรว่าแบตเตอรี่เสียหรือยัง

ก่อนที่จะเรียนรู้วิธีการตรวจสภาพแบตเตอรี่นั้น เรามีความจำเป็นจะต้องรู้จักแบตเตอรี่ซะก่อนว่าจริงๆแล้วแบตเตอรี่มันคืออะไร ทำงานอย่างไร ซึ่งในที่นี้ต้องบอกกล่าวกันก่อนว่าเราจะเน้นเฉพาะแบตเตอรี่ชนิดตะกั่ว-กรด (Lead Acid Battery) นะครับ

เพื่อที่จะให้เห็นภาพชัดเจน ขอให้ทำความเข้าใจกันก่อนว่า แบตเตอรี่นั้นสามารถจ่ายและเก็บประจุไฟด้วยวิธีการทางเคมีหรือที่เรียกว่า Electrochemistry

สำหรับแบตเตอรี่ชนิดตะกั่ว-กรดนั้น โครงสร้างหลักของมันประกอบสี่ส่วนด้วยกันคือ

1. แอโนด (Anode) หรือแผ่นธาตุลบ (ตะกั่วพรุน – Sponge metallic lead) ซึ่งเป็นตัวทำปฏิกิริยาในการรับอิเล็คตรอน (Reduction)
   
   
2. แคโทด (Cathode) หรือแผ่นธาตุบวก หรือ Lead dioxide (PbO2) ซึ่งเป็นตัวทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (Oxidation)
   
   
3. อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) หรือสารประกอบที่แตกตัวเป็นอะตอมในสารละลายที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ในที่นี้คือน้ำกรดกำมะถัน (Sulfuric Acid) เจือจาง
   
   
4. แผ่นกั้นหรือฉนวนกั้น (Separator) ทำหน้าที่เป็นฉนวนกั้นระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ
   
   

องค์ประกอบทั้งสี่ส่วนนี้ทำปฏิกิริยาต่อกันเป็นวงจรลูกโซ่ต่อเนื่องกันตลอดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ กล่าวคือ ในการจ่ายประจุ (Discharging) ประจุบวก จะออกจากแผ่นธาตุบวกไปยังแผ่นธาตุลบ โดยประจุลบจะวิ่งผ่านไปยังอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่และไปยังแผ่นธาตุบวก ขบวนการนี้จะก่อให้เกิดผลึกซัลเฟตที่ผิวของแผ่นธาตุบวก ซึ่งผลึกซัลเฟตนี้ก็คือตัวกรดกำมะถันที่ถูกแยกออกจากอิเล็กโทรไลต์นั่นเอง เมื่อกรดกำมะถันถูกแยกตัวออกมา อิเล็กโทรไลต์จึงมีความเข้มข้นน้อยลง

ในการรับประจุ (Charging) จะเกิดปฏิกิริยาตรงข้าม คือประจุลบจะวิ่งออกจากแผ่นบวกกลับไปยังแผ่นธาตุลบผ่านทางเครื่องอัดประจุ (Battery Charger) และประจุบวกก็จะวิ่งออกจากแผ่นธาตุลบกลับไปยังแผ่นธาตุบวก ซึ่งขบวนการนี้จะเป็นการสลายผลึกซัลเฟตที่เคลือบผิวแผ่นธาตุบวกออก ผลึกซัลเฟตที่ถูกสลายนี้จะกลับไปรวมตัวกับอิเล็กโทรไลต์ซึ่งจะทำให้ความเข้มข้นมากขึ้น

ดังนั้น ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จึงอาจกล่าวได้ว่าเป็นความสมดุลของปฏิกิริยาทางเคมี ไม่ใช่ความเข้มข้นของน้ำกรดแต่อย่างใด

ในตอนต่อไปเราจะมาดูกันว่าเราจะหาความสมดุลของปฏิกิริยาทางเคมีในแบตเตอรี่ได้อย่างไรเพื่อที่จะวิเคราะห์ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

สามารถชมวิดีโอเพิ่มเติมได้ที่