กองโวลตาอิก เป็น แบตเตอรี่ไฟฟ้าชนิดแรกที่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับวงจรได้อย่างต่อเนื่อง^{[ 1 ]}คิดค้นโดยนักเคมีชาวอิตาลีอเลสซานโดร โวลตาซึ่งตีพิมพ์ผลการทดลองของเขาในปี 1799 ^{[ 2 ]}การคิดค้นนี้สามารถสืบย้อนไปถึงการโต้เถียงระหว่างโวลตาและลุยจิ กัลวานีนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีเพื่อนร่วมงานของโวลตา ซึ่งได้ทำการทดลองกับขาของกบ^{[ 3 ]}การใช้กองโวลตาอิกทำให้เกิดการค้นพบอื่นๆ อย่างรวดเร็วมากมาย รวมถึงการแยกน้ำด้วย ไฟฟ้า (อิเล็ก โทรไลซิส ) ออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจนโดย วิลเลียม นิโคลสันและแอนโทนี คาร์ไลล์ (1800) และการค้นพบหรือการแยกธาตุเคมีโซเดียม ( 1807) โพแทสเซียม (1807) แคลเซียม (1808) โบรอน ( 1808) แบเรียม (1808) สตรอนเทียม (1808) และแมกนีเซียม (1808) โดยฮัมฟรี เดวี^{[ 4 ] [ 5 ]}

อุตสาหกรรมไฟฟ้าทั้งหมดในศตวรรษที่ 19 ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้องกับ Volta (เช่นเซลล์ Daniellและเซลล์ Grove ) จนกระทั่งมีการคิดค้นไดนาโม (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ในช่วงปี 1870 ^{[ 6 ]}

สิ่งประดิษฐ์ของโวลตาถูกสร้างขึ้นจาก การค้นพบของ ลุยจิ กัลวานีในช่วงทศวรรษ 1780 ที่ว่าวงจรของโลหะสองชนิดและขาของกบสามารถทำให้ขาของกบตอบสนองได้^{[ 1 ]}โวลตาสาธิตในปี 1794 ว่าเมื่อโลหะสองชนิดและ ผ้าหรือกระดาษแข็งที่แช่ใน น้ำเกลือถูกจัดเรียงเป็นวงจร พวกมันก็สร้างกระแสไฟฟ้าได้เช่นกัน ในปี 1800 โวลตาได้วาง แผ่น ทองแดง (หรือเงิน ) และสังกะสี ( อิเล็กโทรด ) สลับกันหลายคู่ โดยมีผ้าหรือกระดาษแข็งที่แช่ในน้ำเกลือคั่นอยู่ ซึ่งทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้ารวมเพิ่มขึ้น^{[ 7 ] [ 8 ]}เมื่อเชื่อมต่อหน้าสัมผัสด้านบนและด้านล่างด้วยสายไฟกระแส ไฟฟ้า จะไหลผ่านกองโวลตาและสายไฟที่เชื่อมต่อ นี่คือแบตเตอรี่ "ที่แท้จริง" ตัวแรกที่ให้ประจุอย่างต่อเนื่อง^{[ 9 ]}

เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์หลายชิ้นที่เป็นของอเลสซานโดร โวลตาได้รับการเก็บรักษาไว้ในพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์มหาวิทยาลัยแห่งมหาวิทยาลัยปาเวียซึ่งโวลตาเคยสอนอยู่ที่นั่นตั้งแต่ปี 1778 ถึง 1819 น่าเสียดายที่เครื่องมือที่จัดแสดงอยู่นั้นไม่ใช่ของดั้งเดิม เนื่องจากเครื่องมือที่เก็บรักษาไว้ในปาเวียนั้นถูกยืมมาในโอกาสครบรอบ 100 ปีของการประดิษฐ์ และต่อมาก็สูญหายไปในเหตุเพลิงไหม้^{[ 10 ]}

เมื่อวันที่ 20 มีนาคม ค.ศ. 1800 อเลสซานโดร โวลตาได้เขียนจดหมายถึงราชสมาคมแห่งลอนดอน เพื่ออธิบายเทคนิคการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้อุปกรณ์ของเขา^{[ 11 ]}เมื่อได้เรียนรู้เกี่ยวกับกองโวลตาอิก วิลเลียม นิโคลสันและแอนโทนี คาร์ไลล์ได้ใช้มันเพื่อค้นพบการแยกน้ำด้วย ไฟฟ้า ฮัมฟรี เดวีแสดงให้เห็นว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรที่มีเซลล์โวลตาอิกเพียงเซลล์เดียว เกิดจากปฏิกิริยาเคมี ไม่ใช่จากความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างโลหะสองชนิด เขายังใช้กองโวลตาอิกในการสลายสารเคมีและผลิตสารเคมีใหม่วิลเลียม ไฮด์ วอลลาสตันแสดงให้เห็นว่าไฟฟ้าจากกองโวลตาอิกมีผลเหมือนกับไฟฟ้าที่เกิดจากแรงเสียดทานในปี ค.ศ. 1802 วาซีลี เปตรอฟใช้กองโวลตาอิกในการค้นพบและวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบ ของ อาร์คไฟฟ้า

ฮัมฟรี เดวีและแอนดรูว์ ครอสส์เป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่พัฒนาแบตเตอรี่โวลตาอิกขนาดใหญ่^{[ 12 ]}เดวีใช้แบตเตอรี่ 2,000 คู่ที่สร้างขึ้นสำหรับสถาบันหลวงในปี พ.ศ. 2451 เพื่อสาธิตการปล่อยประจุอาร์ คคาร์บอน ^{[ 13 ]}และแยกธาตุใหม่ 5 ชนิด ได้แก่ แบเรียม แคลเซียม โบรอน สตรอนเทียม และแมกนีเซียม^{[ 14 ]}

เนื่องจากโวลตาเชื่อว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นที่จุดสัมผัสระหว่างโลหะสองชนิด กองของโวลตาจึงมีการออกแบบที่แตกต่างจากการออกแบบสมัยใหม่ที่แสดงในหน้านี้ กองของเขามีแผ่นทองแดงเพิ่มอีกหนึ่งแผ่นที่ด้านบน สัมผัสกับสังกะสี และมีแผ่นสังกะสีเพิ่มอีกหนึ่งแผ่นที่ด้านล่าง สัมผัสกับทองแดง^{[ 15 ]}ไมเคิล ฟาราเดย์ได้ต่อยอดจากงานของโวลตาและงานด้านแม่เหล็กไฟฟ้าของฮัมฟรี เดวี ผู้เป็นอาจารย์ของเขาโดยใช้ทั้งแม่เหล็กและกองโวลตาในการทดลองเกี่ยวกับไฟฟ้า ฟาราเดย์เชื่อว่า "ไฟฟ้า" ทั้งหมดที่กำลังศึกษาอยู่ในขณะนั้น (ไฟฟ้าโวลตา แม่เหล็ก ความร้อน และไฟฟ้าจากสัตว์) เป็นสิ่งเดียวกัน งานของเขาในการพิสูจน์ทฤษฎีนี้ทำให้เขาเสนอกฎเคมีไฟฟ้าสองข้อ ซึ่งขัดแย้งโดยตรงกับความเชื่อทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันที่โวลตาได้วางไว้เมื่อสามสิบปีก่อน^{[ 16 ]} เนื่องจากผลงานของพวกเขาในการทำความเข้าใจสาขาวิชานี้ ฟาราเดย์และโวลตาจึงได้รับการยกย่องว่าเป็น หนึ่งในบิดาแห่งเคมีไฟฟ้า^{[ 17 ]}คำว่า "อิเล็กโทรด" และ "อิเล็กโทรไลต์" ที่ใช้ข้างต้นเพื่ออธิบายงานของโวลตา มาจากฟาราเดย์^{[ 18 ]}

ความแข็งแรงของกองวัสดุแสดงออกมาในรูปของแรงเคลื่อนไฟฟ้าหรือ emf ซึ่งมีหน่วยเป็นโวลต์ ทฤษฎีแรงตึงสัมผัส ของอเลสซานโดร โวลตา พิจารณาว่า emf ซึ่งขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรที่มีเซลล์ไฟฟ้าเคมี เกิดขึ้นที่จุดสัมผัสระหว่างโลหะสองชนิด โวลตาไม่ได้พิจารณาว่าอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งโดยทั่วไปคือน้ำเกลือในการทดลองของเขา มีความสำคัญ อย่างไรก็ตาม นักเคมีตระหนักในไม่ช้าว่าน้ำในอิเล็กโทรไลต์มีส่วนเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีของกองวัสดุ และนำไปสู่การเกิดก๊าซไฮโดรเจนจากอิเล็กโทรดทองแดงหรือเงิน^{[ 4 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

ความเข้าใจสมัยใหม่ในระดับอะตอมเกี่ยวกับเซลล์ที่มีขั้วไฟฟ้าสังกะสีและทองแดงคั่นด้วยอิเล็กโทรไลต์มีดังนี้ เมื่อเซลล์จ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรภายนอก สังกะสีที่เป็นโลหะที่ผิวของขั้วบวกสังกะสีจะถูกออกซิไดซ์และละลายลงในอิเล็กโทรไลต์ในรูปของไอออน ที่มีประจุไฟฟ้า (Zn²⁺ ⁾เหลืออิเล็กตรอน ที่มีประจุลบสองตัว ( e⁻ ⁾) ด้านหลังในโลหะ:

แอโนด (ออกซิเดชัน): Zn Zn ²⁺ + 2 e ⁻    

ปฏิกิริยานี้เรียกว่าปฏิกิริยาออกซิเดชันขณะที่สังกะสีเคลื่อนตัวเข้าสู่สารละลาย อิเล็กโทรไลต์ ไอออนไฮโดรเจน ที่มีประจุบวกสองตัว (H ⁺ ) จากสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะรับอิเล็กตรอนสองตัวที่ผิวขั้วแคโทดทองแดง กลายเป็นไอออนที่ถูกรีดิวซ์และก่อตัวเป็นโมเลกุลไฮโดรเจนที่ไม่มีประจุ ( )

แคโทด (รีดักชัน): 2 H ⁺ + 2 e ⁻    เอช

ปฏิกิริยานี้เรียกว่าปฏิกิริยารีดักชันอิเล็กตรอนที่ใช้จากทองแดงเพื่อสร้างโมเลกุลของไฮโดรเจนนั้นได้มาจากสายไฟหรือวงจรภายนอกที่เชื่อมต่อกับสังกะสี โมเลกุลของไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของทองแดงจากปฏิกิริยารีดักชันจะระเหยกลายเป็นก๊าซไฮโดรเจนในที่สุด

จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าโดยรวมไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับคู่ทางเคมีไฟฟ้า Cu ²⁺ /Cu (Ox/Red) ที่สอดคล้องกับแคโทดทองแดง แผ่นโลหะทองแดงจึงทำหน้าที่เป็นเพียงตัวนำโลหะมีค่าที่ "เฉื่อยทางเคมี" สำหรับการขนส่งอิเล็กตรอนในวงจร และไม่ได้มีส่วนร่วมทางเคมีในปฏิกิริยาในเฟสของเหลว ทองแดงทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาการเกิดไฮโดรเจนซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ดีเช่นกัน (แม้ว่าจะช้ากว่าในกรณีที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา) โดยตรงที่ขั้วสังกะสีโดยไม่ต้องมีการไหลของกระแสผ่านวงจรภายนอก ขั้วทองแดงในระบบสามารถแทนที่ได้ด้วยตัวนำโลหะมีค่า/เฉื่อยและมีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาที่เพียงพอ (Ag, Pt, สแตนเลส, กราไฟต์, ...) ปฏิกิริยาโดยรวมสามารถเขียนได้ดังนี้:

Zn + 2H ⁺ Zn ²⁺ + H     

สามารถอธิบายได้อย่างเข้าใจง่ายโดยใช้สัญลักษณ์โซ่ไฟฟ้าเคมี:

(แอโนด: ออกซิเดชัน) Zn | Zn ²⁺ || 2H ⁺ | H | Cu (แคโทด: รีดักชัน)

โดยที่เส้นแนวตั้งแต่ละเส้นแทนส่วนต่อประสาน เส้นแนวตั้งคู่แทนส่วนต่อประสานที่สอดคล้องกับอิเล็กโทรไลต์ที่แทรกซึมเข้าไปในแผ่นกระดาษแข็งที่มีรูพรุน

เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านชุดแบตเตอรี่ แต่ละเซลล์ซึ่งประกอบด้วยสังกะสี/อิเล็กโทรไลต์/ทองแดง จะสร้างแรงดันไฟฟ้า 0.76 โวลต์ เมื่อใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำเกลือ แรงดันไฟฟ้าจากเซลล์ต่างๆ ในชุดแบตเตอรี่จะรวมกัน ดังนั้นเซลล์ทั้งหกในแผนภาพด้านบนจึงสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้ 4.56 โวลต์

มีการประดิษฐ์ แบตเตอรี่แห้งแรงดันสูงจำนวนมากระหว่างปี 1800 ถึง 1830 เพื่อพยายามหาแหล่งกำเนิดไฟฟ้าของแบตเตอรี่โวลตาแบบเปียก และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อสนับสนุนสมมติฐานของโวลตาเกี่ยวกับแรงตึงสัมผัส อันที่จริง โวลตาเองก็ทดลองกับแบตเตอรี่ที่มีแผ่นกระดาษแข็งแห้งไป ซึ่งน่าจะเป็นอุบัติเหตุ

ผู้ที่ตีพิมพ์การค้นพบกองวัสดุแห้งที่สร้างกระแสไฟฟ้าเป็นคนแรกคือโยฮันน์ วิลเฮล์ม ริตเตอร์ในปี 1802 แม้ว่าจะอยู่ในวารสารที่ไม่เป็นที่รู้จักก็ตาม ในช่วงทศวรรษต่อมา มีการประกาศการค้นพบนี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า กองวัสดุแห้งรูปแบบหนึ่งคือกองวัสดุซัมโบนีฟรานซิส โรนัลด์สในปี 1814 เป็นหนึ่งในคนแรกที่ตระหนักว่ากองวัสดุแห้งยังทำงานผ่านปฏิกิริยาเคมีมากกว่าการสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะ แม้ว่าจะมองไม่เห็นการกัดกร่อนเนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นมีขนาดเล็กมาก^{[ 22 ] [ 23 ]}

อาจกล่าวได้ว่ากองถ่านแห้งเป็นต้นกำเนิดของแบตเตอรี่แห้งใน ปัจจุบัน

• รายการประเภทแบตเตอรี่
• แบตเตอรี่น้ำเกลือ
• แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบใช้น้ำ
• ศักย์ไฟฟ้าโวลตา
• โถเลย์เดน

• "คู่มือการใช้งานเครื่องปฏิกรณ์แบบโวลตาอิก"ห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูงแห่งชาติ เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 5 มกราคม 2014 เรียกดูเมื่อ11 มิถุนายน 2008
• " ชุดอุปกรณ์โวลตาอิก (Voltaic Pile) ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 12 ตุลาคม 2023 ที่Wayback Machine " ไฟฟ้า. Kenyon.edu.
• Lewis, Nancy D., " Alesandro Volta The Voltaic Pile เก็บถาวรเมื่อ 2008-08-28 ที่Wayback Machine "
• Lewis, Nancy D., " Humphry Davy Electrochemistry Archived 2008-07-25 at the Wayback Machine ".