ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเซลล์แบตเตอรี่และการใช้งาน

คนส่วนใหญ่รู้จักแบตเตอรี่และมักใช้ในชีวิตประจำวัน แต่คุณรู้เกี่ยวกับเซลล์แบตเตอรี่หรือไม่ เกี่ยวอะไรกับแบตเตอรี่ จริงๆ แล้ว เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานสำหรับการประกอบแบตเตอรี่ลิเธียม บทความนี้จะแนะนำรายละเอียดเกี่ยวกับความหมาย ประเภท และการใช้งานของเซลล์

เซลล์แบตเตอรี่คืออะไร

อุปกรณ์ไฟฟ้าเคมีพื้นฐานที่ใช้สำหรับกักเก็บพลังงานไฟฟ้าคือเซลล์ เซลล์แบตเตอรี่（battery cells）เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีเซลล์เดียวที่มีขั้วบวกและขั้วลบ เป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่สุดของแบตเตอรี่และมักจะบรรจุในกล่องโลหะ โดยทั่วไปเซลล์จะประกอบด้วยขั้วบวก ขั้วลบ ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์ ขั้วบวกและขั้วลบจะถูกคั่นด้วยตัวคั่น

เซลล์ไฟฟ้ากับแบตเตอรี่เหมือนกันไหม

พูดอย่างเคร่งครัด แบตเตอรี่และเซลล์ไม่เหมือนกันแม้ว่าจะใช้งานกันทั่วไปก็ตาม แบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ตั้งแต่หนึ่งเซลล์ขึ้นไปที่ทำงานร่วมกันเพื่อเก็บพลังงานไฟฟ้า แต่ละเซลล์ประกอบด้วยขั้วบวก ขั้วลบ และ อิเล็กโทรไลต์

ในทางตรงกันข้าม แบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์จำนวนมากที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม ขนาน หรือผสมกันเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้า ความจุ ตามกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตที่จำเป็น แบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ และการจัดเรียงเซลล์เหล่านี้ กำหนดประสิทธิภาพและคุณสมบัติโดยรวมของแบตเตอรี่

ประเภทของเซลล์

เซลล์ของแบตเตอรี่มีหลายประเภท โดยแต่ละเซลล์มีคุณสมบัติและวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันไป

• เซลล์ลิเธียมไอออน (Li-ion)

เซลล์ลิเธียมไอออนขึ้นชื่อในด้านความหนาแน่นของพลังงานสูง การออกแบบที่กะทัดรัด และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์พกพา จักรยานไฟฟ้า รถจักรยานยนต์ไฟฟ้า รวมถึงระบบพลังงานหมุนเวียน โดยให้ประสิทธิภาพและความเชื่อถือได้ที่โดดเด่น ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความจุและประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงานสูง

• เซลล์กรดตะกั่ว

เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่เก่าแก่ที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยมีต้นทุนที่ต่ำและเชื่อถือได้ เซลล์ประเภทนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบสตาร์ทรถยนต์และระบบไฟส่องสว่าง รวมถึงระบบจุดระเบิด (SLI) ระบบจ่ายไฟสำรอง และระบบกักเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่

แม้ว่าเซลล์ที่มีสารตะกั่วจะมีกำลังการผลิตพลังงานต่ำกว่าและมีอายุการใช้งานสั้นกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่ก็ยังมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรมเพียงเพราะมีต้นทุนที่ไม่แพง

• เซลล์นิกเกิล-แคดเมียม (NiCd)

เซลล์เหล่านี้แพร่หลายน้อยลงในปัจจุบันเนื่องจากปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับแคดเมียม อย่างไรก็ตาม เซลล์เหล่านี้ใช้ในไฟฉุกเฉินและเครื่องมือไฟฟ้าแบบพกพา และรวมถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ เซลล์ประเภทนี้มีสมรรถนะที่แข็งแกร่ง มีอัตราการคายประจุสูง และมีอายุการใช้งานยาวนาน แต่ความเป็นพิษและความหนาแน่นของพลังงานต่ำส่งผลให้การใช้งานลดลง

• เซลล์นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (NiMH)

มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าและมีความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อมมากกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม (แบตเตรอี่ NiCd) ใช้ในรถยนต์ไฮบริด อุปกรณ์ไฟฟ้าไร้สาย และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เซลล์ Ni-MH มีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่ NiCd และประสิทธิภาพแย่กว่าแบตเตอรี่ลิเธียม ดังนั้นการใช้งานจึงไม่แพร่หลายเท่าแบตเตอรี่ลิเธียม

ลักษณะของเซลล์ส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เช่น ความจุแบตเตอรี่ ความหนาแน่นของพลังงาน อายุยืนยาว ต้นทุน และผลกระทบต่อระบบนิเวศ ในบรรดาเซลล์ทั้งหมด เซลล์ลิเธียมไอออน (Li-ion) มีประสิทธิภาพเหนือกว่าในหลายพื้นที่ เช่น แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ NiMH และ แบตเตอรี่ NiCd ยังคงเป็นโซลูชันที่ใช้งานได้สำหรับการใช้งานเฉพาะที่มีคุณสมบัติเฉพาะที่เป็นประโยชน์

แบตเตอรี่ 1 โมดุลควรประกอบไปด้วยขั้นต่ำกี่ Cell

จำนวนเซลล์ทั้งหมดในแบตเตอรี่ในตัวถูกกำหนดโดยเกณฑ์ต่างๆ รวมถึงแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ความจุ ขนาด และความต้องการทางไฟฟ้าในการใช้งาน โมดูลแบตเตอรี่อาจประกอบด้วยเซลล์ไม่กี่เซลล์หรือหลายร้อยหรือหลายพันก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตัวแปรเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์พกพาขนาดเล็กอาจต้องการเพียงเซลล์เดียวหรือเซลล์ลำดับเล็กๆ เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าและความจุที่ต้องการ

ในทางกลับกัน รถยนต์ไฟฟ้าและระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าระดับกริดอาจประกอบด้วยชุดแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ที่มีเซลล์หลายพันเซลล์จัดอยู่ในการออกแบบที่ซับซ้อนเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เข้มงวด จำนวนเซลล์แบตเตอรี่ที่เหมาะสมในโมดูลแบตเตอรี่ถูกกำหนดโดยการประเมินทางวิศวกรรมและการออกแบบที่ครอบคลุม เพื่อให้เกิดความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างแรงดันไฟฟ้า ความจุ การสร้างพลังงาน และขนาดทางกายภาพ

เซลล์ประกอบขึ้นเป็นชุดแบตเตอรี่ได้อย่างไร

เซลล์สามารถจับคู่แบบอนุกรม ขนาน หรือผสมทั้งสองเซลล์เพื่อสร้างชุดแบตเตอรี่ที่มีข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้า ความจุ และพลังงานที่แม่นยำ

• การเชื่อมต่อแบบอนุกรม

เซลล์ที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมจะปรับปรุงแรงดันไฟฟ้ารวมของแบตเตอรี่ในขณะที่ยังคงรักษาความจุไว้ได้ การออกแบบนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้ได้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นซึ่งเป็นที่ต้องการของการใช้งานหลายอย่าง

• การเชื่อมต่อแบบขนาน

เมื่อเชื่อมต่อเซลล์แบบขนาน ความจุโดยรวมของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นในขณะที่ยังคงแรงดันไฟฟ้าเท่าเดิม การกำหนดค่านี้มีข้อได้เปรียบในการปรับปรุงความสามารถในการกักเก็บพลังงานและเอาต์พุตปัจจุบัน

• การเชื่อมต่อแบบอนุกรม-ขนาน

สามารถสร้างแบตเตอรี่เพิ่มเติมแบบอนุกรมและขนานพร้อมกันเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้าและขนาดโดยเฉพาะ สิ่งนี้ให้ความยืดหยุ่นที่มากขึ้นในการสร้างชุดแบตเตอรี่ที่ปรับแต่งตามความต้องการของการใช้งานต่างๆ

แรงดันไฟฟ้า ความจุ การสร้างพลังงาน และขีดจำกัดพื้นที่ทางกายภาพในอุดมคติของแบตเตอรี่ล้วนส่งผลต่อการเชื่อมต่อแบบอนุกรม แบบขนาน หรือแบบอนุกรม-ขนาน องค์ประกอบเหล่านี้จะต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผลของระบบแบตเตอรี่ให้สูงสุด

แบตเตอรี่ 12 โวลต์ จะมีกี่เซลล์

โดยปกติแบตเตอรี่ตะกั่วกรดขนาด 12 โวลต์จะประกอบด้วยเซลล์ 6 เซลล์ โดยแต่ละเซลล์ให้พลังงานประมาณ 2 โวลต์ เมื่อเซลล์แต่ละเซลล์เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้าจะรวมกันจนเกิดกแรงดันไฟฟ้ารวม 12 โวลต์ การออกแบบนี้พบได้ทั่วไปในแบตเตอรี่รถยนต์ ซึ่งใช้ไฟ 12 โวลต์ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าของยานยนต์

สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แบตเตอรี่ค่อนข้างสูง จึงจำเป็นต้องใช้เซลล์ลิเธียมเพียง 3-4 เซลล์เพื่อสร้างแบตเตอรี่ลิเธียม 12v

แบตเตอรี่ลิเธียมและแบตเตอรี่ตะกั่วกรดใช้เซลล์เดียวกันหรือไม่

แบตเตอรี่ลิเธียมและแบตเตอรี่ตะกั่วกรดไม่ได้ใช้เซลล์เดียวกัน แบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่ใช้เซลล์ลิเธียมแบบไตรภาคหรือเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ในขณะที่แบตเตอรี่กรดตะกั่วส่วนใหญ่ประกอบด้วยตะกั่วและออกไซด์ เซลล์ทุกชนิดมีลักษณะและข้อดีเฉพาะตัว

จะตัดสินคุณภาพเซลล์ได้อย่างไร

คุณภาพของเซลล์สามารถตัดสินได้ด้วยวิธีต่อไปนี้

• ชื่อเสียงด้านการผลิต: โดยทั่วไปเซลล์ที่ผลิตโดยผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงซึ่งมีประวัติด้านคุณภาพและความน่าเชื่อถือมักจะน่าเชื่อถือมากกว่า
• คุณภาพของวัสดุ: เซลล์คุณภาพสูงถูกสร้างขึ้นจากวัสดุระดับสูงที่ผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดตลอดจนขั้นตอนการตรวจสอบคุณภาพเพื่อรับประกันความสม่ำเสมอและความน่าเชื่อถือ
• คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ: เซลล์คุณภาพสูงมีประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความหนาแน่นของพลังงาน อายุการใช้งานที่วงจน ประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุ อัตราการคายประจุเอง ตลอดจนความต้านทานต่ออุณหภูมิ
• คุณลักษณะด้านความปลอดภัย: เพื่อป้องกันอุบัติเหตุและรับประกันความปลอดภัยของผู้ใช้ เซลล์คุณภาพสูงประกอบด้วยการป้องกันการชาร์จไฟเกินและการคายประจุมากเกินไป การป้องกันการลัดวงจร และระบบการจัดการความร้อน

เมื่อคำนึงถึงประเด็นเหล่านี้ ผู้ใช้อาจทำการเลือกเซลล์แบตเตอรี่ที่มีการศึกษามากขึ้นเพื่อการใช้งาน และให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพสูงสุด ความน่าเชื่อถือ และความปลอดภัย

เซลล์ชนิดใดที่ใช้กับแบตเตอรี่ที่ไม่สามารถใช้งานได้อีกครั้งหลังใช้หมดพลัง

แบตเตอรี่ที่ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้หลังจากการคายประจุจะเรียกว่าเซลล์ปฐมภูมิ แบตเตอรี่ดังกล่าวได้แก่ แบตเตอรี่อัลคาไลน์ แบตเตอรี่คาร์บอน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน ฯลฯ เมื่อปฏิกิริยาเคมีหมดลง จะไม่สามารถชาร์จใหม่ได้และต้องกำจัดทิ้งอย่างเหมาะสม

เนื้อหาดังกล่าวแนะนำเซลล์ของแบตเตอรี่อย่างละเอียด หวังว่าผู้ใช้สามารถได้รับความรู้มากขึ้น