เล่มที่ 33
เซลล์เชื้อเพลิง
สามารถแชร์ได้ผ่าน :
ความหมายของเซลล์เชื้อเพลิง
เซลล์เชื้อเพลิงเป็นเครื่องกำเนิดพลังงานไฟฟ้าชนิดหนึ่ง มีลักษณะเช่นเดียวกันกับเซลล์ไฟฟ้าทั่วไป ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า ๒ ชนิด คือ ขั้วบวก หรือแคโทด (cathode) และขั้วลบ หรือแอโนด (anode) ระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองภายในเซลล์ดังกล่าวนั้น มีสารอิเล็กโทรไลต์บรรจุอยู่ เพื่อทำหน้าที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอน หรือไอออนจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง เมื่อป้อนเชื้อเพลิง ที่สามารถให้อิเล็กตรอนได้ เช่น แก๊สไฮโดรเจน เข้าไป โดยมีสารคู่ปฏิกิริยาคือแก๊สออกซิเจนอยู่ด้วย ก็จะเกิดปฏิกิริยาขึ้น ได้ผลผลิตเป็นกระแสไฟฟ้าและน้ำออกมา
เซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน ขนาด ๒ กิโลวัตต์
มีหลักฐานว่า เมื่อ พ.ศ. ๒๓๘๒ นักกฎหมายชาวอังกฤษ ชื่อ เซอร์ วิลเลียม โกรฟ (Sir William Grove) ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์สมัครเล่น เป็นผู้คิดค้นเซลล์เชื้อเพลิงขึ้น เป็นครั้งแรก เซอร์ วิลเลียม โกรฟ ได้สังเกตเห็นว่า ขณะที่ทดลองแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ภายในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ จะมีแก๊สเกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าทั้ง ๒ ขั้วของเซลล์ คือ เกิดแก๊สไฮโดรเจน ที่ขั้วบวก และแก๊สออกซิเจนที่ขั้วลบ เมื่อทดลองถอดแบตเตอรี่ออกจากเซลล์อิเล็กโทรไลต์ แล้วนำแกลแวนอมิเตอร์ (galvanometer) ซึ่งเป็นเครื่องวัดความเข้ม และทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ต่อเข้าไปในวงจรแทน ก็จะปรากฏกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร ในทิศทางตรงข้ามกับกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ในขณะเดียวกัน แก๊สทั้ง ๒ ชนิด ในหลอดแก้วที่ขั้วไฟฟ้าจะมีปริมาณลดลงตามลำดับ จนในที่สุด เมื่อแก๊สหมดลง กระแสไฟฟ้าก็จะหยุดไหล เซอร์วิลเลียม โกรฟ เรียกเซลล์ไฟฟ้าของเขาว่า "แบตเตอรี่แก๊ส" (gas battery) ซึ่งแบตเตอรี่แก๊สนี้ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า ๒ ขั้ว ทำด้วยแพลทินัม (platinum) สอดอยู่ในหลอดแก้ว สำหรับเก็บแก๊สไฮโดรเจน และแก๊สออกซิเจน และจุ่มอยู่ในสารละลายกรดกำมะถันเจือจาง ไฟฟ้าที่ได้จากแบตเตอรี่แก๊สนี้ มีน้อยมาก เพียงประมาณ ๑ โวลต์เท่านั้น
แถวเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน ขนาด ๒.๕ กิโลวัตต์
ในระยะเวลาต่อมา เซลล์เชื้อเพลิงยังคงเป็นที่สนใจในหมู่นักวิทยาศาสตร์ และมีผู้ทำการทดลองกันเฉพาะในห้องปฏิบัติการอย่างประปราย แต่ไม่ค่อยประสบผลสำเร็จนัก จนกระทั่ง พ.ศ. ๒๔๗๓ เซอร์ ฟรานซิส เบคอน (Sir Francis Bacon) ชาวอังกฤษ ได้ชี้ให้เห็นปัญหาที่เกิดขึ้น เกี่ยวกับความสามารถในการละลาย ของแก๊สไฮโดรเจน และแก๊สออกซิเจนในน้ำ และแก้ไขได้สำเร็จ เมื่อได้ประดิษฐ์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจน ที่ใช้วิธีใส่แก๊สทั้ง ๒ ชนิด เข้าสู่ขั้วไฟฟ้า ด้วยการแพร่ผ่านชั้นแพร่แก๊ส (gas diffusion layer : GDL) โดยใช้แผ่นขั้วไฟฟ้า มีลักษณะพรุน ที่ประกอบด้วย อนุภาคของนิกเกิลเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเป็นการเพิ่มพื้นที่สัมผัสของขั้วไฟฟ้า ทำให้แก๊สไฮโดรเจนสามารถซึมผ่าน ไปสัมผัสกับสารอิเล็กโทรไลต์อีกด้านหนึ่งได้มากขึ้น อีกทั้งนิกเกิลยังมีราคาถูกกว่าแพลทินัม เซลล์เชื้อเพลิงของเซอร์ฟรานซิส เบคอน นี้ใช้แอลคาไลน์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ คือ ใช้โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์หลอม แทนสารละลายกรดกำมะถันเจือจางที่เซอร์ วิลเลียม โกรฟ เคยใช้มาแต่ก่อน
เซอร์ฟรานซิส เบคอน ใช้เวลาไปกว่า ๒๐ ปี ในการปรับปรุงรูปแบบเซลล์เชื้อเพลิง ให้สมบูรณ์ขึ้น จนกระทั่งใน พ.ศ. ๒๕๐๓ องค์การนาซา (NASA) ของสหรัฐอเมริกา ได้นำรูปแบบเซลล์เชื้อเพลิงของเขา ไปพัฒนาใช้ในโครงการการบินอวกาศ ทั้งนี้ เพราะเซลล์เชื้อเพลิงสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ทั่วไป ที่มีน้ำหนักเท่ากันหลายเท่า นอกจากนี้ ยังมีผลพลอยได้จากปฏิกิริยาเป็นน้ำบริสุทธิ์ นำไปใช้เป็นน้ำดื่มของนักบินอวกาศด้วย อย่างไรก็ตาม แม้ว่า เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ จะมีประสิทธิภาพสูง แต่เนื่องจากใช้แอลคาไลน์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ จึงจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงที่เป็นแก๊สไฮโดรเจนบริสุทธิ์มาก ซึ่งมีราคาแพง
แบตเตอรี่แก๊ส เซลล์ไฟฟ้า
ที่เซอร์วิลเลียม โกรฟ คิดค้นขึ้น
นอกจาก เซอร์ ฟรานซิส เบคอน แล้ว ยังมีผู้คิดค้นเซลล์เชื้อเพลิง ที่ใช้สารอิเล็กโทรไลต์ชนิดอื่นอีกหลายชนิด ทั้งที่เป็นสารละลายและเป็นของแข็ง สารอิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ ได้แก่ พอลิเมอร์นำโปรตอน (proton-conducting polymer) กรดฟอสฟอริก (phosphoric acid) คาร์บอเนตหลอมเหลว (molten carbonate) และออกไซด์แข็ง (solid oxide) เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ มีลักษณะที่แตกต่างกันไป แต่มีราคาถูกกว่าเซลล์เชื้อเพลิง ที่ใช้แอลคาไลน์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ของเซอร์ ฟรานซิส เบคอน
บทความและภาพประกอบที่อยู่ในเว็บไซต์ของมูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ นี้ใช้สำหรับเพื่อสนับสนุนการผลิตหนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
เป็นการเผยแพร่วิชาการให้แก่เยาวชนและประชาชนทั่วไป โดยจะนำไปแจกจ่ายให้โรงเรียนทั่วประเทศ และจำนวนหนึ่งนำออกจำหน่ายเพื่อนำเงินมาสมทบทุนในการจัดพิมพ์ต่อไป
ซึ่งเป็นการใช้สิทธิโดยสุจริต ทั้งนี้มูลนิธิได้รับอนุญาตทั้งบทความและภาพประกอบจากผู้เขียนแล้ว หากมีประเด็นขัดข้องสงสัยในเรื่องลิขสิทธิ์อย่างใด ขอได้โปรดแจ้งให้
มูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ ทราบเพื่อพิจารณาแก้ไขความขัดข้องสงสัยนั้นต่อไป จะเป็นพระคุณยิ่ง
ลิขสิทธิ์เป็นของมูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
ห้ามนำข้อความและรูปภาพไปเผยแพร่โดยไม่ได้รับอนุญาต
