ตัวต้านทานและเซลล์เชื้อเพลิง

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง ตัวต้านทานและเซลล์เชื้อเพลิง

ตัวต้านทาน vs. เซลล์เชื้อเพลิง

ตัวต้านทานแบบมีขาออกทางปลายแบบหนึ่ง ตัวต้านทาน หรือ รีซิสเตอร์ (resistor) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติในการต้านการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้า ทำด้วยลวดต้านทานหรือถ่านคาร์บอน เป็นต้น นั่นคือ ถ้าอุปกรณ์นั้นมีความต้านทานมาก กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะน้อยลง เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดพาสซีฟสองขั้ว ที่สร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าคร่อมขั้วทั้งสอง (V) โดยมีสัดส่วนมากน้อยตามปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน (I) อัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ และปริมาณกระแสไฟฟ้า ก็คือ ค่าความต้านทานทางไฟฟ้า หรือค่าความต้านทานของตัวนำมีหน่วยเป็นโอห์ม (สัญลักษณ์: Ω) เขียนเป็นสมการตามกฏของโอห์ม ดังนี้ ค่าความต้านทานนี้ถูกกำหนดว่าเป็นค่าคงที่สำหรับตัวต้านทานธรรมดาทั่วไปที่ทำงานภายในค่ากำลังงานที่กำหนดของตัวมันเอง ตัวต้านทานทำหน้าที่ลดการไหลของกระแสและในเวลาเดียวกันก็ทำหน้าที่ลดระดับแรงดันไฟฟ้าภายในวงจรทั่วไป Resistors อาจเป็นแบบค่าความต้านทานคงที่ หรือค่าความต้านทานแปรได้ เช่นที่พบใน ตัวต้านทานแปรตามอุณหภูมิ(thermistor), ตัวต้านทานแปรตามแรงดัน(varistor), ตัวหรี่ไฟ(trimmer), ตัวต้านทานแปรตามแสง(photoresistor) และตัวต้านทานปรับด้วยมือ(potentiometer) ตัวต้านทานเป็นชิ้นส่วนธรรมดาของเครือข่ายไฟฟ้าและวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และเป็นที่แพร่หลาย ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวต้านทานในทางปฏิบัติจะประกอบด้วยสารประกอบและฟิล์มต่างๆ เช่นเดียวกับ สายไฟต้านทาน (สายไฟที่ทำจากโลหะผสมความต้านทานสูง เช่น นิกเกิล-โครเมี่ยม) Resistors ยังถูกนำไปใช้ในวงจรรวม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์แอนะล็อก และยังสามารถรวมเข้ากับวงจรไฮบริดและวงจรพิมพ์ ฟังก์ชันทางไฟฟ้าของตัวต้านทานจะถูกกำหนดโดยค่าความต้านทานของมัน ตัวต้านทานเชิงพาณิชย์ทั่วไปถูกผลิตในลำดับที่มากกว่าเก้าขั้นของขนาด เมื่อทำการระบุว่าตัวต้านทานจะถูกใช้ในการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ ความแม่นยำที่จำเป็นของความต้านทานอาจต้องให้ความสนใจในการสร้างความอดทนของตัวต้านทานตามการใช้งานเฉพาะของมัน นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานยังอาจจะมีความกังวลในการใช้งานบางอย่างที่ต้องการความแม่นยำ ตัวต้านทานในทางปฏิบัติยังถูกระบุถึงว่ามีระดับพลังงานสูงสุดซึ่งจะต้องเกินกว่าการกระจายความร้อนของตัวต้านทานที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในวงจรเฉพาะ สิ่งนี้เป็นความกังวลหลักในการใช้งานกับอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ตัวต้านทานที่มีอัตรากำลังที่สูงกว่าก็จะมีขนาดที่ใหญ่กว่าและอาจต้องใช้ heat sink ในวงจรไฟฟ้าแรงดันสูง บางครั้งก็ต้องให้ความสนใจกับอัตราแรงดันการทำงานสูงสุดของตัวต้านทาน ถ้าไม่ได้พิจารณาถึงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานขั้นต่ำสุดสำหรับตัวต้านทาน ความล้มเหลวอาจก่อให้เกิดการเผาใหม้ของตัวต้านทาน เมื่อกระแสไหลผ่านตัวมัน ตัวต้านทานในทางปฏิบัติมีค่าการเหนี่ยวนำต่ออนุกรมและค่าการเก็บประจุขนาดเล็กขนานอยู่กับมัน ข้อกำหนดเหล่านี้จะมีความสำคัญในการใช้งานความถี่สูง ในตัวขยายสัญญาณเสียงรบกวนต่ำหรือพรีแอมป์ ลักษณะการรบกวนของตัวต้านทานอาจเป็นประเด็น การเหนี่ยวนำที่ไม่ต้องการ, เสียงรบกวนมากเกินไปและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ เหล่านี้จะขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ ในการผลิตตัวต้านทาน ปกติพวกมันจะไม่ได้ถูกระบุไว้เป็นรายต้วของตัวต้านทานที่ถูกผลิตโดยใช้เทคโนโลยีอย่างใดอย่างหนึ่ง. Toyota FCHV ใช้เซลล์เชื้อเพลิง proton-conducting fuel cell) เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell) เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานเคมีจากเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งให้เป็นกระแสไฟฟ้าผ่านทางปฏิกิริยาเคมีของไอออนของไฮโดรเจนประจุบวกกับอ๊อกซิเจนหรือตัวทำอ๊อกซิเดชันอื่น เซลล์เชื้อเพลิงแตกต่างจากแบตเตอรี่ที่ว่ามันต้องการแหล่งจ่ายเชื้อเพลิงและอ๊อกซิเจนหรืออากาศอย่างต่อเนื่องเพื่อความยั่งยืนของปฏิกิริยาเคมี ในขณะที่ในแบตเตอรี่สารเคมีภายในจะทำปฏิกิริยาต่อกันเพื่อผลิตแรงเคลื่อนไฟฟ้า (emf) เซลล์เชื้อเพลิงสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องนานเท่าที่เชื้อเพลิงและอ๊อกซิเจนหรืออากาศยังคงถูกใส่เข้าไป ไม่เหมือนกับแบตเตอรี่ที่จะหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้าถ้าสารเคมีหมดอายุการใช้งาน เซลล์เชื้อเพลิงครั้งแรกถูกคิดค้นในปี 1838 เซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์ครั้งแรกถูกใช้มากว่าหนึ่งศตวรรษต่อมาในโครงการอวกาศของ นาซ่า ที่จะผลิตพลังงานให้กับดาวเทียมและแคปซูลอวกาศ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาเซลล์เชื้อเพลิงถูกนำมาใช้ในงานที่หลากหลายอื่น ๆ เซลล์เชื้อเพลิงถูกใช้สำหรับพลังงานหลักและพลังงานสำรองเพื่อการพาณิชย์ อุตสาหกรรมและอาคารที่อยู่อาศัยและในพื้นที่ห่างไกลและไม่สามารถเข้าถึงได้ พวกมันยังถูกใช้เพื่อให้พลังงานกับยานพาหนะเซลล์เชื้อเพลิง รวมทั้งรถยก, รถยนต์, รถโดยสาร, เรือ, รถจักรยานยนต์และเรือดำน้ำ เซลล์เชื้อเพลิงมีอยู่หลายชนิด ทุกชนิดประกอบด้วยแอโนด แคโทดและอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์จะยอมให้ไอออนไฮโดรเจนประจุบวก (หรือโปรตอน) สามารถเคลื่อนที่ได้จากแอโนดไปแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิง แอโนดและแคโทดประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้เชื้อเพลิงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่สร้างไอออนไฮโดรเจนประจุบวกและอิเล็กตรอน ไอออนไฮโดรเจนจะถูกดึงผ่านอิเล็กโทรไลต์หลังจากการเกิดปฏิกิริยาและเคลื่อนที่ไปยังแคโทด ในขณะเดียวกันอิเล็กตรอนที่เหลือจากอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกดึงจากแอโนดไปยังแคโทดผ่านวงจรภายนอก ทำให้เกิดกระแสตรง ที่แคโทดไอออนไฮโดรเจน อิเล็กตรอนและออกซิเจนทำปฏิกิริยากันก่อตัวเป็นน้ำ เนื่องจากความแตกต่างหลักระหว่างเซลล์เชื้อเพลิงในแต่ละประเภทคืออิเล็กโทรไลต์ เซลล์เชื้อเพลิงจึงถูกแยกประเภทตามชนิดของอิเล็กโทรไลต์ที่พวกมันใช้ และแยกตามระยะเวลาเริ่มต้นตั้งแต่ 1 วินาทีสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงเยื่อหุ้มแลกเปลี่ยนโปรตอน (solid oxide fuel cell (SOFC)) เซลล์เชื้อเพลิงเดี่ยว ๆ จะผลิตกระแสไฟฟ้าที่มีแรงดันขนาดค่อนข้างเล็ก ประมาณ 0.7 โวลต์ ดังนั้นเซลล์จึงต้องวาง "ซ้อน" กัน หรือถูกวางเรียงกันเป็นแถว เพื่อที่จะสร้างแรงดันเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการของการใช้งาน นอกเหนือไปจากกระแสไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิงยังผลิตน้ำ ความร้อนและ(ขึ้นอยู่กับแหล่งเชื้อเพลิง)ปริมาณขนาดเล็กมากของก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ และก๊าซอื่นๆ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเซลล์เชื้อเพลิงโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 40-60% หรือสูงขึ้นถึง 85% ในการผลิตแบบความร้อนร่วม (cogeneration) ถ้าความร้อนที่เหลือทิ้งถูกนำกลับมาใช้งานอีก ตลาดของเซลล์เชื้อเพลิงกำลังเจริญเติบโตและบริษัท Pike Research ได้ประมาณการว่าตลาดเซลล์เชื้อเพลิงอยู่กับที่จะสูงถึง 50 GW ในปี 2020 สารตั้งต้นที่ใช้โดยทั่วไปในเซลล์เชื้อเพลิงได้แก่ ก๊าซไฮโดรเจนที่ด้านแอโนด และก๊าซออกซิเจนที่ด้านแคโทด (เซลล์ไฮโดรเจน) โดยปกติแล้วเมื่อมีสารตั้งต้นไหลเข้าสู่ระบบ สารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นก็จะไหลออกจะระบบไปด้วย ดังนั้นการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงจึงดำเนินต่อไปได้เรื่อยๆ ตราบเท่าที่เราสามารถควบคุมการไหลได้ เซลล์เชื้อเพลิงมักจะถูกมองว่าเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงและปราศจากมลพิษ เมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิง เช่น มีเทนและก๊าซธรรมชาติ ซึ่งทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ ผลิตภัณฑ์อย่างเดียวที่เกิดจากการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงคือน้ำ อย่างไรก็ตามยังมีความกังวลอยู่ในขั้นตอนการผลิตก๊าซไฮโดรเจนซึ่งใช้พลังงานมาก การผลิตไฮโดรเจนจำเป็นต้องใช้วัตถุดิบที่มีไฮโดรเจน เช่น น้ำ หรือ เชื้อเพลิงอื่นๆ นอกจากนั้นยังต้องใช้ไฟฟ้าซึ่งก็ก็ผลิตมาจากแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม ได้แก่ น้ำมัน ถ่านหิน หรือแม้แต่พลังงานนิวเคลียร์ ในขณะที่พลังงานทางเลือกเช่น ลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ก็อาจสามารถใช้ได้ แต่ราคาก็ยังสูงมากในปัจจุบัน ดังนั้นเราจึงยังไม่อาจกล่าวได้ว่าเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงเป็นอิสระจากเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ จนกว่าเราจะสามารถหาวิธีการผลิตไฮโดรเจนปริมาณมากด้วยพลังงานทดแทนหรือพลังงานนิวเคลียร.