เซลล์ปฐมภูมิและเซลล์ทุติยภูมิ

เรื่อง เซลล์ปฐมภูมิและเซลล์ทุติยภูมิ

จัดทำโดย
นางสาวพัชราภรณ์ สุรรังสิกุล
ชั้นมัธยมศึกษาปีที่5/15 เลขที่19

นำเสนอ
คุณครูเบญจพร อินทรสด
โรงเรียนนารีนุกูล จังหวัดอุบลราชธานี
สำนักงานเขตการศึกษามัธยมศึกษาอุบลราชธานี อำนาจเจริญ

01

เซลล์ไฟฟ้าฟ้าเคมี

เซลล์ไฟฟ้าเคมี ประกอบด้วย ขั้วไฟฟ้าบวก ขั้วไฟฟ้าลบและสารเคมีภายในเซลล์
เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์จะทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วเซลล์
เมื่อต่อเซลล์ไฟฟ้าเคมีเข้ากับวงจรไฟฟ้าจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรได้

เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบ่งออกได้ 2 ประเภท ได้แก่
1.เซลล์ปฐมภูมิ (primary cell) โดยลักษณะของเซลล์ไฟฟ้าปฐมภูมิเมื่อใช้ไป
นานๆความต่างศักย์ไฟฟ้าจะลดลงกระทั่งใช้ต่อไปไม่ได้ เช่น ถ่านไฟฉายทั่วๆ ไป
2.เซลล์ทุติยภูมิ (secondary cell) เมื่อใช้ไฟฟ้าลดลงแล้วสามารถทำให้ความ
ต่างศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นได้โดยการอัดไฟหรือประจุไฟ (charge) เช่น แบตเตอรี่
รถยนต์

02

03

เซลล์ปฐมภูมิ

มีหลากหลายชนิด เช่น


1. เซลล์แห้ง (Dry Cell) หรือเซลล์เลอคลังเช (LeClanche Cell)

เป็นเซลล์แห้ง เพราะไม่ได้ใช้ของเหลวเป็นอิเล็กโทรไลต์ ใช้ในไฟฉาย วิทยุ เครื่องคิดเลข

ส่วนประกอบของเซลล์แห้ง

กล่องของเซลล์ทำด้วยโลหะสังกะสีเป็นขั้วแอโนด (ขั้วลบ)แท่งคาร์บอนหรือแกรไฟต์อยู่ตรงกลาง

เป็นขั้วแคโทด (ขั้วบวก) ระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสองบรรจุด้วยของผสมชื้นของแอมโมเนียมคลอไรด์

(NH₄Cl) แมงกานีส (IV) ออกไซด์ (MnO₂) ซิงค์คลอไรด์ (ZnCl₂) ผงคาร์บอน ตอนบนของเซลล์

ผนึกด้วยวัสดุที่สามารถรักษาความชื้นภายในเซลล์ให้คงที่ มีปฏิกิริยาเกิดขึ้นดังนี้

ที่ขั้วแอโนด (Zn-ขั้วลบ) Zn ถูกออกซิไดซ์กลายเป็น Zn²⁺

04

เซลล์แห้ง (Dry Cell) หรือเซลล์เลอคลังเช (LeClanche Cell)

05 2. เซลล์แอลคาไลน์ (Alkaline Cell)
เซลล์แอลคาไลน์มีส่วนประกอบของเซลล์เหมือนกับเซลล์เลอคลังเช แต่มีสิ่งที่แตกต่างกันคือเซลล์แอลคาไลน์ใช้
เบสซึ่งได้แก่โพแตสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) เป็นอิเล็กโทรไลต์แทนแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH₄Cl) และ
เนื่องจากใช้สารละลายเบสนี่เองเซลล์ชนิดนี้จึงถูกเรียกว่า เซลล์แอลคาไลน์
ที่ขั้วแอโนด (Zn-ขั้วลบ) Zn ถูกออกซิไดซ์
Zn(s) + 2OH⁻(aq) ZnO(s) + H₂O(l) + 2e⁻
ที่ขั้วแคโทด (C-ขั้วบวก) MnO₂จะถูกรีดิวซ์ ไปเป็น Mn₂O₃
2MnO₂(s) + H₂O(l) + 2e⁻ Mn₂O₃(s) + 2OH⁻(aq)
สมการรวม Zn(s) + 2MnO₂(s) ZnO(s) + Mn₂O₃(s)
เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ แต่ให้กระแสไฟฟ้าได้มากกว่าและนานกว่าเซลล์แห้ง เพราะ
OH⁻ ที่เกิดขึ้นที่ขั้วคาร์บอนสามารถนำกลับไปใช้ที่ขั้วสังกะสีได้

06

3. เซลล์ปรอท (Mercury Cell)
มีหลักการเช่นเดียวกับเซลล์แอลคาไลน์ แต่ใช้เมอร์คิวรี (II) ออกไซด์ (HgO) แทนแมงกานีส (IV)
ออกไซด์ (MnO₂) เป็นเซลล์ที่มีขนาดเล็กใช้กันมากในเครื่องฟังเสียงสำหรับคนหูพิการ หรือใช้ในอุปกรณ์อื่น
เช่น นาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลข เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.3 โวลต์ ให้กระแสไฟฟ้าต่ำ แต่สามารถให้
ค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่ตลอดอายุการใช้งาน มีปฏิกิริยาเคมีดังนี้

ที่ขั้วแอโนด Zn(s) + 2OH⁻(aq) ZnO(s) + H₂O(l) + 2e⁻
ที่ขั้วแคโทด HgO(s) + H₂O(l) + 2e⁻ Hg(l) + 2OH⁻(aq)
ปฏิกิริยารวม Zn(s) + HgO(s) ZnO(s) + Hg(l)

07

เซลล์ปรอท (Mercury Cell)

08

4.เซลล์เงิน มีส่วนประกอบเช่นเดียวกับเซลล์ปรอทแต่ใช้สารประกอบซิลเวอร์ออกไซด์
แทนเมอร์คิวรี (II) ออกไซด์
เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ได้ดังนี้

ที่แอโนด : Zn(s) + 2OH⁻(aq) ZnO(s) + H₂O(l) + 2e⁻
ที่แคโทด : Ag₂O(s) + H₂O(l) + 2e⁻ 2Ag(s) + 2OH⁻(aq)
สมการรวม Zn(s) + Ag₂O(s) ZnO(s) + 2Ag(s)

เซลล์เงินให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ มีขนาดเล็ก แต่ราคาแพง

09

5. เซลล์เชื้อเพลิง เป็นเซลล์ปฐมภูมิที่ต้องผ่านสารตั้งต้นซึ่งเป็นเชื้อเพลิงเข้าไปที่ขั้วแอโนดและ
แคโทดตลอดเวลา เช่น

1) เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน–ออกซิเจน
เป็นที่ใช้แก๊สไฮโดรเจนและแก๊สออกซิเจนผ่านเข้าไปในช่องแอโนดและช่องแคโทดตามลำดับ ใช้
โซเดียมคาร์บอเนตหลอมเหลวเป็นอิเล็กโทรไลต์ ขั้วแอโนดใช้แกรไฟต์ผสมนิกเกิล ขั้วแคโทดใช้แกร
ไฟต์ผสมนิเกิลและนิกเกิล (II) ออกไซด์ เพื่อช่วยเร่งปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้า ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

แอโนด : H₂(g) + CO₃²⁻(l) ➝ H₂O(l) + CO₂ + 2e⁻
แคโทด :O₂(g) + CO₂(g) + 2e⁻ ➝ CO₃²⁻(l)
ปฏิกิริยารวม :2H₂(g) + O₂(g) ➝ 2H₂O(g)

10

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน–ออกซิเจน

11

2) เซลล์เชื้อเพลิงโพรเพน–ออกซิเจน
ใช้แก๊สโพรเพนผ่านเข้าไปในช่องแอโนด แก๊สออกซิเจนผ่านเข้าไปในช่องแคโทด มีสารละลายกรดซัลฟิวริก
เป็นอิเล็กโทรไลต์ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในเซลล์เป็นดังนี้

แอโนด :C₃H₈(g) + 6H₂O(l) ➝ 3CO₂(g) + 20H⁺(aq) + 20e⁻
แคโทด :5O₂(g) + 20H⁺(aq) + 20e⁻ ➝ 10H₂O(g)
ปฏิกิริยารวม :C₃H₈(g) + 5O₂(g) ➝ 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

ปฏิกิริยาในเซลล์นี้เหมือนกับปฏิกิริยาการสันดาปของแก๊สโพรเพนในเครื่องยนต์ แต่ให้ประสิทธิภาพสูงกว่า
ประมาณ 2 เท่าของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
เซลล์เชื้อเพลิงอื่น ๆ เช่น ใช้แก๊ส NH3 หรือแก๊ส CH4 หรือไฮดราซีน (N2H4) ทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจน

12

เซลล์เชื้อเพลิงโพรเพน–ออกซิเจน

13

เซลล์ทุติยภูมิ

เนื่องจากเซลล์ปฐมภูมิมีข้อจำกัดคือ เมื่อจ่ายไฟหม
ดแล้วไม่สามารถนำมาอัดไฟใหม่ได้อีก จึงมีผู้คิดสร้าง
เซลล์ไฟฟ้าชนิดที่เมื่อจ่ายไฟหมดแล้วสามารถนำกล
ับมาอัดไฟใช้ใหม่ได้ ซึ่งเรียกว่า เซลล์ทุติยภูมิ ตัวอย่าง

เซลล์ทุติยภูมิที่พบอยู่เสมอ เช่น เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วและเซลล์นิเกิล-แคดเมียม
เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เป็นเซลล์ทุติยภูมิที่ใช้กันมาก เช่น เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าในรถยนต์ที่เรียกว่า
แบตเตอรี่ การสร้างเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วทำได้โดยจุ่มแผ่นตะกั่วสองแผ่นลงในสารละลายกรด H₂SO₄ แล้ว
ต่อเข้ากับแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่จะเคลื่อนที่ไปยังขั้ว B ไฮโดรเจนไอออนในสารละลายจะ
รับอิเล็กตรอนได้เป็นก๊าซไฮโดรเจนเกิดขึ้นที่ขั้วนั้น โดยแผ่นตะกั่วที่เป็นขั้ว B ไม่มีการเปลี่ยนแปลง ส่วนที่ขั้ว A ซึ่ง
ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ แผ่นตะกั่วส่วนที่จุ่มอยู่ในสารละลายจะถูกออกซิไดซ์เป็น PbO₂ ซึ่ง
มีสีน้ำตาลเข้มเกาะอยู่บนแผ่นตะกั่ว การทำเช่นนี้เรียกว่า การอัดไฟครั้งแรกของเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว

14

เซลล์ทุติยภูมิ

15

เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว

16

เซลล์นิกเกิล-แคดเมียม ปัจจุบันมีเซลล์ทุติยภูมิที่ได้รับความสนใจมากอีกชนิดหนึ่งคือ เซลล์นิกเกิล-
แคดเมียม หรือเซลล์นิแคด ซึ่งมีโลหะแคดเมียมเป็นแอโนด นิกเกิล (IV) ออกไซด์เป็นแคโทดและมี
สารละลายเบสเป็นอิเล็กโทรไลต์ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นดังนี้



ที่แอโนด : Cd(s) + 2OH⁻(aq) Cd(OH)₂(s) + 2e⁻
ที่แคโทด : NiO₂(s) + 2H2O(l) Cd(OH)₂(s) + Ni(OH)₂(s)



เซลล์นิแคดให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.4 โวลต์ และมีขนาดเล็กสามารถอัดไฟใหม่ได้และใช้ได้ทนทานกว่า
เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว จึงนิยมใช้ในเครื่องไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก เช่น เครื่องโกนหนวด เครื่องคิดเลข
กล้องถ่ายรูป

17

เซลล์โซเดียม–ซัลเฟอร์ ใช้โซเดียมเหลวเป็นแอโนด และกำมะถันเหลว (ผสมผงแกรไฟต์เพื่อเพิ่ม
ประสิทธิภาพในการนำไฟฟ้า) เป็นแคโทด มีบีตาอะลูมินาของผสมของออกไซด์ของโลหะ(Al , Mg , Na) ที่ยอม
ให้ Na⁺ เคลื่อนที่ผ่านได้เป็นอิเล็กโทรไลต์ ระหว่างครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันกับครึ่งปฏิกิริยารีดักชันคั่นด้วยเซรามิ
กที่มีรูพรุนเล็ก ๆ เพื่อให้โซเดียมไอออนผ่าน ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าเป็นดังนี้



แอโนด : 2Na (l) ➝ 2Na⁺(aq) + 2e⁻
แคโทด :S₈(l) + 2e⁻ ➝ n S²⁻(l)
ปฏิกิริยารวม :2Na(s) + S₈(l) ➝ Na₂ S₂(l)

เซลล์สะสมไฟฟ้าชนิดนี้ให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 2.1 V และสามารถเปลี่ยนผลิตภัณฑ์กลับมาเป็นสารตั้งต้นได้
โดยการประจุหรืออัดไฟเช่นเดียวกับเซลล์ทุติยภูมิชนิดอื่น มีอายุการใช้งานนานกว่าเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบ แต่
ต้องควบคุมอุณหภูมิของเซลล์ให้ได้ประมาณ 250OC เพื่อทำให้สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์อยู่ในสภาพหลอมเหลว