เซลล์โวลตาอิคพื้นฐานและการทำงานของเซลล์โวลตาอิค
เซลล์โวลตาอิคแบบง่ายสร้างขึ้นโดยการแช่แผ่นสังกะสีและแผ่นทองแดงในสารละลายกรดกำมะถันที่เจือจางด้วยน้ำ ตามที่แสดงในรูป หากเชื่อมต่อแผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสีกับโหลดไฟฟ้าภายนอก จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลจากแผ่นทองแดงไปยังแผ่นสังกะสีผ่านโหลด นั่นหมายความว่ามีความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสี เมื่อกระแสไหลจากทองแดงไปสังกะสี แผ่นทองแดงจะมีประจุบวกและแผ่นสังกะสีจะมีประจุลบ
การทำงานของเซลล์โวลตาอิค
หลักการการทำงานของเซลล์โวลตาอิคขึ้นอยู่กับหลักการว่า เมื่อนำโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันไปแช่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ โลหะที่มีปฏิกิริยาไวมากกว่าจะมีแนวโน้มที่จะละลายในอิเล็กโทรไลต์เป็นไอออนโลหะบวก ปล่อยอิเล็กตรอนไว้บนแผ่นโลหะ ปรากฏการณ์นี้ทำให้แผ่นโลหะที่มีปฏิกิริยาไวมากกว่ามีประจุลบ
โลหะที่มีปฏิกิริยาช้ากว่าจะดึงดูดไอออนบวกที่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ และทำให้ไอออนบวกเหล่านี้สะสมบนแผ่นโลหะ ทำให้แผ่นโลหะมีประจุบวก ในกรณีของเซลล์โวลตาอิคแบบง่าย สังกะสีจะละลายในสารละลายกรดกำมะถันเป็นไอออนบวก จากนั้นจะทำปฏิกิริยากับไอออน SO4 − − ของสารละลายและสร้างซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) เนื่องจากทองแดงเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยาช้ากว่า ไอออนไฮโดรเจนบวกของสารละลายกรดกำมะถันมีแนวโน้มที่จะสะสมบนแผ่นทองแดง ยิ่งมีไอออนสังกะสีออกมาในสารละลายมากเท่าใด ก็จะมีอิเล็กตรอนออกจากแผ่นสังกะสีมากขึ้นเท่านั้น อิเล็กตรอนเหล่านี้จะผ่านคอนดักเตอร์ภายนอกที่เชื่อมระหว่างแผ่นสังกะสีและแผ่นทองแดง
เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้ไปถึงแผ่นทองแดง อิเล็กตรอนจะรวมตัวกับอะตอมไฮโดรเจนที่สะสมบนแผ่นและสร้างอะตอมไฮโดรเจนกลาง อะตอมเหล่านี้จะรวมตัวเป็นคู่เพื่อสร้างโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจน และแก๊สจะลอยขึ้นมาจากแผ่นทองแดงในรูปฟองอากาศ การทำงานเคมีภายในเซลล์โวลตาอิคคือ
อย่างไรก็ตาม การทำงานนี้จะหยุดลงเมื่อศักย์ติดต่อระหว่าง Zn และกรดกำมะถันเจือจางถึงค่า 0.62 โวลต์ ในการทำงานของเซลล์โวลตาอิค แผ่นสังกะสีจะมีศักย์ต่ำกว่าสารละลายที่อยู่ใกล้เคียงกับมัน
ในทำนองเดียวกัน เมื่อวางแผ่น Cu ให้สัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ ไอออนไฮโดรเจนบวกในสารละลายจะมีแนวโน้มที่จะสะสมบนแผ่นจนกระทั่งศักย์ของมันสูงขึ้นประมาณ 0.46 โวลต์เหนือสารละลาย ดังนั้น ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเซลล์โวลตาอิคคือ 0.62 − (− 0.46) = 1.08 โวลต์
ในเซลล์โวลตาอิคแบบง่าย มีข้อเสียสองประการหลัก ได้แก่โพลาไรเซชันและการกระทำท้องถิ่น
โพลาไรเซชันของเซลล์โวลตาอิค
พบว่าในเซลล์นี้ กระแสจะลดลงเรื่อยๆ และหลังจากการทำงานบางเวลา กระแสอาจหยุดลงทั้งหมด การลดลงของกระแสเนื่องจากการสะสมของไฮโดรเจนบนแผ่นทองแดง แม้ว่าไฮโดรเจนจะออกมาจากเซลล์ในรูปฟองอากาศ แต่ยังมีการสร้างชั้นบางของไฮโดรเจนบนพื้นผิวของแผ่น ชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า ทำให้ความต้านทานภายในของเซลล์เพิ่มขึ้น เนื่องจากชั้นฉนวนนี้ ไอออนไฮโดรเจนไม่สามารถรับอิเล็กตรอนจากแผ่นทองแดงและสะสมในรูปไอออนได้ ชั้นของไอออนไฮโดรเจนบวกบนแผ่นทองแดงจะออกแรงผลักดันต่อไอออนไฮโดรเจนที่กำลังเข้ามา ทำให้กระแสลดลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าโพลาไรเซชัน
การกระทำท้องถิ่นของเซลล์โวลตาอิค
พบว่าแม้ว่าเซลล์โวลตาอิคจะไม่จ่ายกระแส แต่สังกะสีจะละลายอย่างต่อเนื่องในอิเล็กโทรไลต์ สาเหตุนี้เกิดจากมีสิ่งเจือปนเช่นธาตุเหล็กและตะกั่วในสังกะสีทางการค้าที่สร้างเซลล์ท้องถิ่นขนาดเล็กซึ่งถูกวงจรป้อนกลับโดยส่วนใหญ่ของสังกะสี การกระทำของเซลล์พาราไซต์เหล่านี้ไม่สามารถควบคุมได้ ทำให้มีการสูญเสียสังกะสี ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระทำท้องถิ่น
คำแถลง: ขอขอบคุณบทความดีๆ ที่ควรแชร์ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ
