แรงดันไฟในแบตเตอรี่คืออะไร?

มีแบตเตอรี่หลายประเภท และส่วนใหญ่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน ตั้งแต่แบตเตอรี่ AA 1.5 โวลต์ ไปจนถึงแบตเตอรี่รถยนต์ 12 โวลต์ทั่วไป อย่างไรก็ตาม หลายคนไม่ทราบว่าคำว่า "แรงดันไฟฟ้า" หมายถึงอะไร

คำว่า "แรงดันไฟฟ้า" ในแบตเตอรี่หมายถึงความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ ความแตกต่างที่มากขึ้นในผลลัพธ์ที่อาจเกิดขึ้นในแรงดันไฟฟ้าที่มากขึ้น

ศักย์ไฟฟ้าหมายถึงความแตกต่างของประจุระหว่างจุดสองจุด ในกรณีนี้คือขั้วทั้งสองของแบตเตอรี่ อันหนึ่งมีประจุบวก อีกอันหนึ่งมีประจุลบ ประจุลบหมายความว่ามีอนุภาคหรืออิเล็กตรอนที่มีประจุลบมากเกินไปบนขั้ว ในขณะที่ขั้วที่มีประจุบวกไม่มีอิเล็กตรอนเหล่านั้น การแยกทางกายภาพของขั้วทั้งสองจะป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนเดินทางจากขั้วที่มีประจุลบไปยังขั้วที่มีประจุบวก เมื่อเชื่อมต่อขั้วทั้งสองแล้ว ผ่านวงจร เช่น อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางของวงจร โดยเคลื่อนที่จากขั้วลบไปยังขั้วบวก การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้เรียกว่า กระแสไฟฟ้า ซึ่งวัดเป็นแอมแปร์หรือแอมป์

หน่วยศักย์ไฟฟ้า โวลต์ ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่อเลสซานโดร โวลตา นักฟิสิกส์ที่ให้เครดิตกับการประดิษฐ์เซลล์ไฟฟ้าเคมีขึ้นเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1800 เซลล์ของเขาประกอบด้วยสังกะสีและอิเล็กโทรดทองแดงจุ่มลงในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ของเกลือและน้ำ นอกจากนี้ เขายังทำให้อิเล็กโตรฟอรัสเป็นที่นิยม ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่สามารถผลิตประจุไฟฟ้าสถิตในปริมาณมาก เขาไม่ได้ อย่างไร คิดค้นมัน แม้ว่าเขามักจะให้เครดิตกับการทำเช่นนั้น โวลตาถูกนับโดยนโปเลียน โบนาปาร์ตในปี ค.ศ. 1810 และหนึ่งในหน่วยไฟฟ้าของ SI คือ โวลต์ ได้รับการตั้งชื่อตามเขาในปี พ.ศ. 2424

เนื่องจากศักย์ไฟฟ้ามีความแตกต่างกันมากกว่าปริมาณกระแสไฟฟ้า ไฟฟ้าแรงสูงไม่จำเป็นต้องเป็นอันตรายเสมอไป ในขณะที่กระแสไฟสูงอาจเป็นอันตรายได้ เมื่อพูดถึงเรื่องไฟฟ้า มักใช้การเปรียบเทียบของสายยางฉีดน้ำ ในการเปรียบเทียบนี้ แรงดันไฟฟ้าเปรียบได้กับความแตกต่างของแรงดันน้ำ - ความแตกต่างของความดันสูงจะส่งผลให้อิเล็กตรอนไหลเร็วขึ้น ปัจจุบัน วัดเป็นแอมป์ อธิบายว่าปริมาตรของอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านจุดหนึ่งในวงจรได้เร็วแค่ไหน แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดอาจมีไฟฟ้าแรงสูง แต่ค่าแอมแปร์ที่ใช้ได้ขึ้นอยู่กับวงจรที่ใช้แบตเตอรี่ ไม่ใช่ตัวแบตเตอรี่เอง

เนื่องจากเทคโนโลยีแบตเตอรี่มีความก้าวหน้า อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่จึงมีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ตัวอย่างเช่น การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion) อย่างแพร่หลาย ทำให้โทรศัพท์มือถือมีขนาดเล็กกว่ารุ่นก่อนอย่างทวีคูณ สาเหตุหลักมาจากอัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักต่ำ ในแบตเตอรี่เหล่านี้ ลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่ทางเดียวระหว่างแอโนดและแคโทดระหว่างการคายประจุ และอีกทางหนึ่งระหว่างการชาร์จใหม่

Toyota Prius ซึ่งเป็นรถยนต์ไฮบริดยอดนิยม เปิดตัวในตลาดโดยใช้แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Ni-MH) แบตเตอรี่รุ่นต่อไปซึ่งวางจำหน่ายในปลายปี 2552 จะเป็นลิเธียมไอออนเช่นกัน เนื่องจากมีความได้เปรียบเหนือแบตเตอรี่ Ni-MH

แบตเตอรี่มีแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่สองสามร้อยโวลต์ไปจนถึงหลายร้อยโวลต์ ขึ้นอยู่กับทั้งขนาดของแบตเตอรี่และวัสดุที่ใช้ทำ เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์รูปแบบต่างๆ ไม่ว่าอุปกรณ์เหล่านั้นจะต้องการแรงดันไฟฟ้าเท่าใด