ดร. สุภกร บุญยืน
ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี
มหาวิทยาลัย ธรรมศาสตร์

ในปัจจุบันเราทุกคน ต่างมีอุปกรณ์สื่อสารที่ทันสมัยเช่น มือถือ หรือ คอมพิวเตอร์แบบพกพา ซึ่งอุปกรณ์เหล่านั้นต่างต้องการใช้ แหล่งจ่ายไฟที่มีประสิทธิภาพสูงๆ มีขนาดเล็กและเบา นั้นย่อมเป็นที่มาของการพัฒนาเทคโนโลยี แบตเตอรี่ ในยุกต์ก่อนก็จะเริ่มจากการใช้ แบตเตอรี่ชนิด nickel metal hydride ซึ่งมีรูปร่างลักษณะคล้ายถ่านไฟฉายก้อนเล็ก แต่มีความแตกต่างที่สามารถ ประจุกระแสไฟฟ้าเข้าไปเพื่อให้ใช้ได้ การทำงานของแบตเตอรี่ ชนิดนี้เกิดจากปฏิกิริยาเคมีของ nickel metal hydride (NiMH) ซึ่งจะสามารถเปลี่ยนให้อิเลคตรอน หรือกระแสไฟฟ้า และ nickel metal ปฏิกิริยาดังกล่าวอยู่ในสภาวะสมดุล และสามารถประจุให้ กระแสไฟฟ้าเพื่อให้ใช้งานใหม่ได้ แต่ข้อเสียของ แบตเตอรี่ชนิดดังกล่าวคือ มีขนาดใหญ่ และประสิทธิภาพการใช้งาน ค่อนข้างต่ำจึงเป็นที่มาของ การวิจัยพัฒนาเซลแบตเตอรี่ชนิดใหม่ขึ้นมาแทน ที่เรารู้จักกันชื่อ ลิเที่ยมไอออนแบตเตอรี่ lithium ion battery ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในอุปกรณ์อิเลคโทรนิคต่างๆในปัจจุบัน เพราะมีขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพการใช้งานสูง กว่า และอายุการใช้งานยาวกว่า รวมทั้งสามารถประจุไฟได้ตลอดไม่ต้องรอให้แบตเตอรี่หมดไฟ lithium ion battery ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1960 ในห้องแลบของบริษัท Bell lab โดยพัฒนาจากการใช้ แท่งกราไฟต์เป็นขั้ว และมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งวางขายในท้องตลาดในปี 1991 โดยบริษัท Sony และใช้กันอย่างแพร่หลาย ในอุตสาหกรรมอิเลคโทรนิค แบตเตอรี่ชนิดดังกล่าวมีรูปร่าง ที่แตกต่างหลากหลาย และมีขนาดที่แตกต่างกัน กระแสไฟฟ้าจะถูกเก็บอยู่ได้โดยผ่านการทำงานของสารประกอบ lithium ion ลิเที่ยมเป็นธาตุมีน้ำหนักเบาและเป็นธาตุตัวที่สามในตารางธาตุ ยิ่งไปกว่านั้น แบตเตอรี่ดังกล่าวไม่มี memory effect ทำให้สามรถใช้งานได้นาน และมีอัตราการเสื่อมของแบตเตอรี่เองน้อย แต่ถึงอย่างไรก็ตาม การจะทำให้แบตเตอรี่ดังกล่าวเก็บประจุได้ 100 % จะทำได้ก็ต่อเมื่ออุณหภูมิเป็น 25 องศาเซลเซียส มิเช่นนั้นแล้วประสิทธิภาพการเก็บประจุจะลดลงประมาณ 20 % ต่อปีถ้ามีอุณหภูมิสูง โดยปรกติแล้ว lithium ion battery ที่ใช้งานใน คอมพิวเตอร์แบบพกพา จะมีอายุการใช้งานที่สั้นเนื่องจากเครื่องคอมพิวเตอร์ นั้นมีอุณหภูมิที่สูงเมื่อใช้งานซึ่ง ส่งผลต่อระบบการเก็บประจุของแบตเตอรี่ รวมทั้งการเก็บรักษาแบตเตอรี่ ดังกล่าวที่อุณหภูมิต่ำจะเป็นการยืดอาย ุการใช้งานของแบตเตอรี่ดังกล่าวด้วย เมื่อย้อนมามองที่มือถือ ในปัจจุบันจะใช ้แบตเตอรี่ชนิดที่เป็น Li-Ion เกือบทั้งหมดก็ว่าได้ เพราะน้ำหนักเบา เมื่อเทียบกับกำลังไฟที่ได้ และสามารถประจุได้ตลอด โดยไม่ต้องรอให้กำลังไฟหมด ซึ่งถ้าชาร์จในขณะที่กำลังไฟหมดจะทำให้คุณภาพการเก็บประจุลดลงด้วย และในบางกรณีอาจจะเกิดประจุไฟเกิน ซึ่งตัวแบตเตอรี่อาจร้อนจัดจนระเบิดได้ หรือบางกรณีการใช้งาน มือถือเป็นเวลานาน และการไม่ดูแลรักษามือถือ หรือทิ้งไว้ในที่อุณหภูมิสูง เช่นตากแดดก็จะทำให้เกิดการระเบิดได้เช่นกัน

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในเซล สะสมพลังงานแบบ Lithium ion battery คือสมดุลระหว่าง Li 1-x CoO 2 และ Li x C 6 เพื่อให้เกิดเป็น C 6 และ LiCoO 2 สมดุลดังกล่าวจะทำให้เกิดการเก็บประจุและถ่ายเทประจุได้อย่างดี สังเกตได้จากการเปลี่ยนค่าประจุของ โคบอลต์ Co จาก Co 3+ เป็น Co 4+ โดยมี electrolyte เป็นสารจำพวกอีเทอร์ ที่สามารถระเหยได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิสูง และติดไฟได้ ดังนั้นจึงเป็นสาเหตุให้แบตเตอรี่ดังกล่าวระเบิดติดไฟได้ที่อุณหภูมิสูง

อย่างไรก็ดีการใช้งานอุปกรณ์อิเลคโทรนิค ดังกล่าวควรคำนึงถึงการดูแลรักษา แบตเตอรี่เหล่านี้ด้วยเช่น เปลี่ยนเมื่อถึงเวลาที่เหมาะสมและไม่ใช้ของปลอม รวมทั้งเก็บรักษาแบตเตอรี่ ในอุณหภูมิที่ไม่สูงเกินไป ถ้าเราหันมาใส่ใจกับสิ่งเหล่านี้สักนิด อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ก็จะยาวขึ้น และคงจะไม่มีข่าวแบตเตอรี่ ระเบิดอย่างที่เห็นอยู่ในปัจจุบัน

เอกสารอ้างอิง
          1. M.C. Smart, J.F. Whitacre, B.V. Ratnakumar and K. Amine  , Journal of Power Sources ,  168, 2, 2007,  501
          2. http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_ion_battery