จากแบตเตอรี่ต้นกำเนิดของ Volta ถึงแบตเตอรี่นาโนในอนาคต
Alessandro Volta เกิดเมื่อวันที่ 18 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1745 (ตรงกับรัชสมัยสมเด็จพระเจ้าบรมโกศ) ที่เมือง Camnago ในแคว้น Lombardy ของอิตาลี ซึ่งในเวลานั้นอยู่ในอาณาจักรออสเตรีย บิดาเป็นนักเทศน์ และมีหนี้สินมากมาย อีกทั้งมีทายาทที่ต้องดูแลถึง 9 คน เป็นชาย 5 คน และหญิง 4 คน
ตั้งแต่อายุยังน้อย Volta มิได้เป็นเด็กที่มีแววฉลาด เพราะต้องใช้เวลานานถึง 4 ปีจึงจะเริ่มหัดพูด จนบิดามารดาคิดว่าเป็นใบ้และโง่ แต่เมื่ออายุมากขึ้น แววความฉลาดปราดเปรื่องก็เริ่มฉายแสง
เพราะครอบครัวมีฐานะยากจน ดังนั้น บิดาจึงจัดการให้ลูกชาย 4 คน และลูกสาว 2 คนบวช เพื่อลดปัญหาการหาเงินมาเลี้ยงดู และได้ขอให้ Volta บวชด้วย แต่ Volta อ้างว่า ครอบครัวมีพี่น้องหลายคนที่ออกบวชแล้ว ดังนั้น คงไม่ต้องการนักบวชใดๆ เพิ่มอีก นอกจากนี้ Volta ก็มิได้เป็นคนที่สนใจใฝ่รู้ในศาสนามาก แต่สนใจจะเรียนรู้ธรรมชาติมากกว่า
เมื่อบิดารับฟังคำขอไม่บวช Volta จึงเริ่มเรียนหนังสือด้วยตนเอง จนสามารถอ่านและเข้าใจผลงานของ Joseph Priestley, Benjamin Franklin และ James Watt
เมื่ออายุ 16 ปี Volta ได้เขียนจดหมายติดต่อกับนักบวชคนหนึ่งชื่อ Luigi Gattoni ให้ช่วยจัดหาอุปกรณ์วิทยาศาสตร์มาให้ทดลองที่บ้าน จากนั้นได้เขียนจดหมายถึง Giovanni Baltista ซึ่งเป็นอาจารย์ผู้เชี่ยวชาญด้านไฟฟ้าสถิตแห่งมหาวิทยาลัย Turin เพื่อเสนอรายงานการทดลองของตนเรื่องการถูแท่งอำพันด้วยขนสัตว์ว่า แท่งอำพันมีแรงดึงดูดเศษกระดาษชิ้นเล็กๆ ได้ และเขาคิดว่าอำนาจที่ว่าเกิดจากการมีของไหลชนิดหนึ่งในแท่งอำพันนั้น ซึ่งทำให้เกิดแรงชนิดใหม่ที่มิใช่แรงโน้มถ่วง
ในปี 1773 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Abbe Antoine Nollet กับ Charles Francois de Cisternay Du Fay ได้ทดลองพบว่า อำนาจดังกล่าวมีสองชนิดคือดึงดูด และผลัก หลังจากนั้นไม่นาน โลกก็เริ่มรู้จักถ้วย Leyden ที่เป็นภาชนะใช้เก็บประจุไฟฟ้า และพบว่าเวลาเอานิ้วไปสัมผัสถ้วย นิ้วจะถูกไฟช็อค เหตุการณ์นี้ทำให้คนจำนวนมากพากันกลัวไฟฟ้า ทั้งๆ ที่ Benjamin Franklin ได้สาธิตให้ทุกคนเห็นแล้วว่า ในบรรยากาศโลกมีไฟฟ้า ซึ่งเป็นต้นเหตุที่ทำให้เกิดปรากฎการณ์ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง และฟ้าผ่า ผลงานของ Franklin ยังยืนยันอีกว่า ไฟฟ้ามี 2 ชนิด คือ ไฟฟ้าบวก กับไฟฟ้าลบ แต่ Franklin ไม่ตระหนักว่า วัสดุที่แสดงอำนาจไฟฟ้าบวก เพราะขาดอิเล็กตรอน และวัสดุที่มีอิเล็กตรอนมากเกินไป จะสำแดงอำนาจไฟฟ้าลบ
เหล่านี้คือ ความรู้ฟ้าทั่วไปที่หนุ่ม Volta วัย 29 ปีมี แต่เขาต้องการมากกว่านั้นคือเขาประสงค์จะสร้างอุปกรณ์เก็บไฟฟ้าไว้ใช้ และปล่อยไฟฟ้าออกมาได้ในยามที่ผู้ใช้ต้องการ นั่นคือ Volta ต้องการจะสร้างแบตเตอรี่
ในฐานะอาจารย์สอนฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Pavia ในอิตาลี Volta จึงได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ electrophorus ขึ้นมาเพื่อใช้เก็บไฟฟ้า อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยแผ่นโลหะที่เคลือบด้วยวัสดุ ebonite กับแผ่นโลหะอีกชิ้นหนึ่งที่มีด้ามถือซึ่งทำด้วยฉนวน โดยให้แผ่น ebonite ถูกถูด้วยหนังสัตว์ ทำให้แผ่น ebonite มีหน้าที่เก็บไฟฟ้าลบ แล้วทำให้อำนาจลบบน ebonite นี้เหนี่ยวนำให้เกิดอำนาจบวกบนแผ่นโลหะที่มีด้ามถือ จนได้อำนาจบวกเกิดขึ้นที่ด้านล่าง และอำนาจลบเกิดที่ด้านบนของแผ่นโลหะที่มีด้ามถือ ครั้นเมื่อนำตัวนำมาแตะสัมผัสที่ด้านบนของด้าม อำนาจลบจะถูกถ่ายเทไปหมด จนแผ่นโลหะที่มีด้ามมีแต่อำนาจบวก ถ้ามีการทำเช่นนี้ซ้ำหลายครั้ง อำนาจบวกบนตัวนำที่มีด้ามก็จะเพิ่มมากจนเพียงพอสำหรับความต้องการ
Electrophorus เป็นอุปกรณ์เก็บไฟฟ้ารุ่นแรกที่ Volta เป็นผู้ออกแบบ
ถึงปี 1782 Volta ได้ออกแบบสร้างอุปกรณ์ eudiometer ที่ใช้วัดปริมาณอ็อกซิเจนในอากาศ โดยการนำไฮโดรเจนเข้าไปปนในหลอดปิด แล้วจุดประกายไฟให้แก๊สผสมระเบิด ซึ่งจะให้ไอน้ำ นอกจากนี้ก็ยังได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ชื่อ electroscope ซึ่งทำด้วยแผ่นทองคำเปลวด้วย และนิยมใช้ตรวจสอบชนิดของไฟฟ้า
เมื่อมีชื่อเสียงโด่งดัง ในปี 1789 Volta วัย 44 ปี ได้รับอนุญาตให้เข้าพบ Benjamin Franklin การได้สนทนากันในครั้งนั้น แสดงให้เห็นว่า Volta เป็นบุคคลที่วงการวิทยาศาสตร์ยุโรปเริ่มยอมรับแล้ว หลังจากนั้นไม่นานVolta ก็เป็นนักวิทยาศาสตร์ต่างชาติคนแรกที่ได้รับเหรียญ Copley ของ Royal Society
ในช่วงเวลานั้น ประเทศอิตาลีมีศาสตราจารย์ด้านกายวิภาคศาสตร์คนหนึ่งที่มหาวิทยาลัย Bologna ชื่อ Luigi Galvani ซึ่งเป็นคนสนใจปรากฏการณ์ไฟฟ้าเช่นเดียวกับ Volta แต่เป็นไฟฟ้าที่มีในระบบของสิ่งมีชีวิต
ในการทดลองของ Galvani เมื่อปี 1791 นั้น เขาได้แขวนขากบที่ตายแล้วบนตะขอทองแดงที่โยงติดกับลวดเหล็ก และได้เห็นว่า ขากบกระตุก ทั้งๆ ที่กบตัวนั้นตายแล้ว Galvani จึงสรุปว่า ในสัตว์มีไฟฟ้า การทดลองนี้เป็นที่โจษจรรย์กันมาก เพราะเป็นการทดลองที่ยืนยันว่า สัตว์สามารถสร้างไฟฟ้าในตัวของมันได้
ในปี 1796 เมื่อจักรพรรดิ Napoleon Bonaparte ทรงกรีฑาทัพเข้ายึดครองอิตาลี ศาสตราจารย์ Galvani ได้แสดงอาการกระด้างกระเดื่อง โดยไม่ถวายความจงรักภักดี ด้วยการลาออกจากตำแหน่งศาสตราจารย์เพื่อกลับไปเป็นประชาชนธรรมดา แต่ Volta ก็ยังทำงานเป็นอาจารย์วิจัยต่อไป และได้พบว่า ถ้านำแผ่นทองแดง และแผ่นสังกะสีที่ตัดเป็นแผ่นกลมมาวางซ้อนกัน โดยมีกระดาษแข็งที่ชุ่มน้ำเกลือคั่นกลาง ถ้ามีลวดโลหะเส้นหนึ่งมาต่อโยงระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง จะมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น
Volta ได้ส่งรายงานการทดลองเรื่องนี้ไปให้ Sir Joseph Banks ซึ่งในเวลานั้นเป็นนายกของสมาคม Royal Society ในอังกฤษทราบ เมื่อวันที่ 20 มีนาคม ค.ศ.1800 วันนั้นจึงนับเป็นวันที่โลกเริ่มรู้จักแบตเตอรี่ ที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง (แม้จะเป็นช่วงเวลาสั้น) โดยอาศัยปฏิกิริยาเคมี แบตเตอรี่ของ Volta จึงได้ล้มล้างทฤษฎีไฟฟ้าในสัตว์ของ Galvani โดยได้แสดงให้ทุกคนเห็นว่าไฟฟ้าที่กระตุกกล้ามเนื้อกบเกิดจากการเชื่อมต่อโลหะต่างชนิดโดยอาศัยสารละลายในกบ ไฟฟ้าในกรณีนี้จึงถือกำเนิดจากปฏิกิริยาเคมี มิใช่จากปฏิกิริยาชีวภาพ
ข่าวความสำเร็จในการสร้างแบตเตอรี่ของ Volta ได้ล่วงรู้ไปถึงพระกรรณของ Napoleon พระองค์จึงทรงเชิญ Volta ไปสาธิตการทดลองไฟฟ้าต่อหน้าพระที่นั่งที่สถาบัน Institute of France ในปารีส โดยพระองค์ทรงอาสาเป็นพนักงานผู้ช่วยในการสาธิตการทดลอง เมื่อเดือนพฤศจิกายน ค.ศ.1801 และ Volta ได้แสดงให้ Napoleon ทรงเห็นว่า แบตเตอรี่ของเขาสามารถปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมาได้อย่างต่อเนื่อง
Napoleon จึงทรงประทานยศฐาบรรดาศักดิ์ให้ Volta ขึ้นเป็นท่าน Count และโปรดให้ดำรงตำแหน่งเป็นวุฒิสมาชิกแห่งแคว้น Lombardy รวมถึงทรงประทานสายสะพาย Legion of Honor และพระราชทานเงินบำนาญให้ Volta จนตลอดชีวิตด้วย
แต่เมื่อ Napoleon ทรงปราชัยในสงครามที่ Waterloo และทรงถูกเนรเทศ Volta จึงต้องกลับสู่สภาพการเป็นประชาชนคนธรรมดาที่เมือง Camnago และได้เข้าพิธีสมรสกับนักร้องเพลงโอเปราผู้มีฐานะดี ทั้งๆ ที่อาชีพนักวิทยาศาสตร์ของ Volta กับอาชีพนักร้องของภรรยาไม่สอดคล้องกัน แต่ครอบครัว Volta ก็มีลูกสามคน
เมื่อ Volta เสียชีวิตในปี 1827 เขามีอายุ 82 ปี ที่หลุมฝังศพมีแผ่นป้ายที่ระลึกจาก Napoleon ซึ่งทรงจารึกว่า To the Great Volta
แต่เกียรติยิ่งใหญ่ที่ Volta ได้รับและคงจะยินดีเป็นที่สุดคือ การที่โลกวิทยาศาสตร์ได้กำหนดให้หน่วยศักย์ไฟฟ้ามีชื่อว่า volt เพราะผลงานของ Volta ได้ชี้นำนักวิทยาศาสตร์รุ่นหลังให้นำไปต่อยอดหลายคน เช่น หลังจากที่ได้อ่านรายงานของ Volta ที่ Banks ส่งมาให้แล้ว Anthony Carlisle และ William Nicholson ก็ประสบความสำเร็จในการใช้แบตเตอรี่แยกน้ำด้วยไฟฟ้า ส่วน Humphrey Davy นั้นได้พบโลหะ alkali หลายชนิดโดยอาศัยแบตเตอรี่ไฟฟ้าของ Volta และการสร้างอาร์ค (arc) ไฟฟ้าที่ทำด้วยคาร์บอน ซึ่ง Davy กล่าวว่าให้แสงสุกสว่างราวดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ Volta ก็ยังได้เสนอแนะให้ Antoine – Laurent Lavosier วัดความหนาแน่น และความดันไอน้ำว่าขึ้นกับอุณหภูมิและสัมประสิทธิการขยายตัวของอากาศอย่างไรโดยใช้แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์ที่ให้ความร้อน
ตลอดชีวิต Volta มีเพื่อนนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนเช่น Joseph Priestley, Jean – Hyacinthe Magellan, Joseph Banks, Benjamin Franklin, Guiseppe Luigi Lagrange และมีศัตรูหลายคน เช่น Pierre Simon de Laplace และ Charles Augustine Coulomb เป็นต้น
หลังจากที่เสียชีวิตไปแล้ว ความมีชื่อเสียงของ Volta ก็ยังเป็นที่จดจำได้จนทุกวันนี้ เช่นในปี 1876 จิตรกรชื่อ Nicolo Barabino ได้วาดภาพ The Triumph of Science (ชัยชนะของวิทยาศาสตร์) แสดงผลงานของ Volta ซึ่งภาพนี้ประดับอยู่ที่พระราชวัง Palazzo of Orsini ในเมือง Genoa ของอิตาลี เป็นภาพที่แสดง Volta กำลังสาธิตการทำงานของแบตเตอรี่ต่อหน้าอมตะบุคคลมากมาย เช่น Christopher Columbus, Galileo Galilei, Isaac Newton, Johannes Gutenberg, Joseph Montgolfier และ Napoleon บริเวณกลางภาพมีเทพธิดาแห่งความรู้ ซึ่งมีแสงสว่างปรากฏโดยรอบ นี่เป็นสัญลักษณ์ที่ใช้แทนวิทยาศาสตร์ และพระนางทรงประทับยืนเหนือเทพเจ้าแห่งความมืด (Obscurantism) ซึ่งทรงเอนองค์ลงแทบพื้น ภาพจึงแสดงให้เห็นว่า วิทยาศาสตร์มีชัยชนะเหนืออวิชา
ถึงปี 1999 สภามหาวิทยาลัย Pavia ได้อนุมัติให้มีการเปิดนิทรรศการห้องทำงาน Volta ซึ่งภายในห้องมีเอกสารและผลงานของ Volta ประมาณ 15,000 ชิ้น
นับตั้งแต่ Volta ประดิษฐ์แบตเตอรี่ขึ้นมา แบตเตอรี่ได้มีวิวัฒนาการมาเป็นลำดับ จนสามารถจัดแบ่งได้เป็นยุคได้ดังนี้ คือ ยุคแรกเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้สังกะสี/คาร์บอนเป็นองค์ประกอบ จากนั้นมีแบตเตอรี่ Leclanché แบตเตอรี่ Gassner แบตเตอรี่ alkaline แบตเตอรี่ปรอทออกไซด์ แบตเตอรี่ Zn/Ag2O และแบตเตอรี่ lithium/sulfur dioxide
ยุคที่สองเป็นแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด แบตเตอรี่ nickel-cadmium, แบตเตอรี่ nickel-metal hydride, แบตเตอรี่ lithium-ion, แบตเตอรี่ lithium-polymer และแบตเตอรี่ lithium-sulfur เป็นต้น
ยุคที่สาม เป็นแบตเตอรี่นาโน ที่ใช้ใยนาโน/ท่อนาโน/ลวดนาโนเป็นแอโนดซึ่งทำด้วยซิลิกอน หรือตะกั่ว แบตเตอรี่แผ่นนาโนที่ทำด้วย SnS2 หรือระบบแผ่น Si-SiO2 –C และแอโนดที่ใช้วัสดุ Sb และ Al เป็นวัสดุหลัก
ในอนาคตของแบตเตอรี่ลิเทียมได้รับการกำลังพัฒนา โดยใช้สารละลาย electrolyte ที่เป็น Li-ion เหลว polymer หรือ polymer composite ฯลฯ
ทุกวันนี้โลกใช้แบตเตอรี่ประมาณ 4,000 ล้านแบต/ปี เพื่อเพิ่มคุณภาพชีวิตของทุกคน แต่ในเวลาเดียวกันแบตเตอรี่ก็ได้สร้างปัญหาสุขภาพ และมลภาวะ เวลาที่มันหมดประสิทธิภาพ เพราะแบตเตอรี่บางชนิดมีวัสดุพิษ เช่น ปรอท และตะกั่ว อนึ่งเวลาไฟหมด บางแบตเตอรี่สามารถนำไปชาร์จไฟซ้ำได้อีก แต่การทำเช่นนี้ทุกครั้งจะทำให้ประสิทธิภาพของมันลด และแบตเตอรี่อาจระเบิด
การสำรวจจำนวนแบตเตอรี่ที่หมดสภาพทั่วโลกในแต่ละปีพบว่ามีนับ 1,000 ล้านเครื่อง ดังนั้น การกำจัดขยะชนิดนี้อย่างสะอาด และการนำมันมาใช้ซ้ำจึงกำลังเป็นปัญหาใหญ่ ในอเมริกา บริษัทผลิตแบตเตอรี่ เช่น Panasonic, Duracell และ Eveready Company ได้ตั้งโครงการและเดินงานนำแบตเตอรี่มาใช้ซ้ำแล้ว เช่น แบตเตอรี่ที่ทำด้วย carbon zinc, lithium-ion, nickel metal hydride เป็นแบตเตอรี่ที่ไม่เป็นภัย จึงอาจทิ้งไปในลักษณะของขยะได้ แต่แบตเตอรี่ที่ทำด้วย Ni-Cd, lead-acid, silver oxide ฯลฯ เป็นขยะที่มีพิษจึงต้องนำมาใช้ซ้ำ เพราะถ้านำไปทิ้งรวมกับขยะธรรมดาปฏิกิริยาเคมีอาจจะเกิด ทำให้ไฟฟ้าไหลออกมาเผาขยะ กระดาษจนเกิดอัคคีภัยได้ ครั้นจะกำจัดแบตเตอรี่เหล่านี้โดยการเผาก็ไม่สมควร เพราะจะทำให้เกิดควัน และแก๊สพิษที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
เหล่านี้เป็นปัญหาใหญ่อีกปัญหาหนึ่ง สำหรับในโลกที่ต้องการพลังงาน แต่ยังไม่มีวิธีที่เหมาะสมในการกำจัดขยะ หลังจากที่แบตเตอรี่ได้ให้พลังงานไปจนหมดแล้ว