เกาหลีใต้พัฒนาแบตใหม่ ประสิทธิภาพดีขึ้น 5.6 หมื่นเท่า เหมาะกับงานใช้พลังงานระยะยาว

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแดกูคยองบุก (DGIST) ประเทศเกาหลีใต้ พัฒนาเซลล์เบตาโวลตาอิกไฮบริดรุ่นใหม่ ที่มีความเสถียรสูง นำไปสู่การใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่ต้องใช้พลังงานระยะยาว เช่น การสำรวจอวกาศ หรือการใช้งานทางการทหาร

เซลล์เบตาโวลตาอิก เป็นแบตเตอรี่นิวเคลียร์ชนิดหนึ่ง หลักการทำงานคือจะสร้างไฟฟ้าโดยจับอนุภาคเบตา (อิเล็กตรอนหรือโพซิตรอน) ที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ (ธาตุหรือวัสดุที่ปล่อยรังสีออกมาได้เองโดยไม่ต้องได้รับการกระตุ้นจากมนุษย์ เช่น คาร์บอน-14 หรือ รูบิเดียม-87) ในทางทฤษฎีแล้วเซลล์สามารถทำงานได้หลายทศวรรษโดยไม่ต้องบำรุงรักษา นอกจากนี้อนุภาคเบตายังมีข้อดีด้านความปลอดภัย เนื่องจากไม่สามารถทะลุผ่านผิวหนังของมนุษย์ได้ แต่ในทางปฏิบัติยังมีข้อจำกัดเรื่องการจัดการวัสดุที่ปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีและยังไม่มีความเสถียรมากนัก

แต่ในการวิจัยที่นำโดย ศาสตราจารย์ซูอิล อิน (Su-Il In) จากภาควิชาวิทยาศาสตร์พลังงานและวิศวกรรมศาสตร์ ของ DGIST ได้พัฒนาด้วยวิธีการใหม่ โดยใช้อิเล็กโทรด (ตัวนำไฟฟ้า) ที่ทำจากไอโซโทปกัมมันตรังสี เชื่อมกับชั้นดูดซับพลังงานที่ทำจากเพอรอฟสไกต์ (Perovskite) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงในการ ดูดซับพลังงานและเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า

นอกจากนี้เพื่อให้เซลล์พลังงานนี้ทำงานได้ดีขึ้น นักวิจัยได้ใส่อนุภาคขนาดเล็กระดับนาโนที่เรียกว่า ควอนตัมดอท (Quantum Dots) ที่ทำมาจากคาร์บอน-14 (ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งของคาร์บอน) ลงไปในอิเล็กโทรดเพื่อช่วยให้การไหลของกระแสไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมถึงยังได้มีการปรับปรุงโครงสร้างผลึกของชั้นเพอรอฟสไกต์เพิ่มเติมโดยใช้สารแต่งเติม เช่น เมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ (MACl) และซีเซียมคลอไรด์ (CsCl) ทำให้การขนส่งประจุมีประสิทธิภาพดีขึ้น

ผลลัพธ์คือ เซลล์เบตาโวลตาอิคที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้สามารถเพิ่มการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้ประมาณ 56,000 เท่าเมื่อเทียบกับระบบแบตเตอรี่ทั่วไป ทำให้การส่งผ่านประจุภายในวัสดุดีขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้ Stable Power Output หรือ การจ่ายพลังงานไฟฟ้าออกนั้นมีความสม่ำเสมอและคงที่ โดยไม่มีการขึ้น ๆ ลง ๆ หรือกระตุก ต่อเนื่อง (Continuous Operation) ยาวนานถึง 9 ชั่วโมงในการทดลอง

เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ ถือเป็นความหวังในการเป็นแหล่งจ่ายพลังงานที่เสถียรและชาร์จไฟครั้งเดียวใช้งานได้ยาวนานหลายทศวรรษตามทฤษฎี ทำให้อาจกลายเป็นวิธีการจ่ายพลังงานในอนาคต ที่เหมาะกับอุตสาหกรรมที่ต้องใช้พลังงานสำรองในระยะยาว เช่น การสำรวจอวกาศ อุปกรณ์การแพทย์ที่ปลูกถ่ายในร่างกาย หรือการใช้งานทางทหาร แต่ยังจำเป็นต้องมีการทดสอบเพิ่มเติมในระยะยาวจริง

ศาสตราจารย์ซูอิล อิน ให้ความเห็นว่า การวิจัยครั้งนี้ถือเป็นการสาธิตให้เห็นถึงความสามารถในการใช้งานจริงของเซลล์เบตาโวลตาอิคเป็นครั้งแรกของโลก รวมถึงยังมีแผนที่จะเร่งผลักดันเทคโนโลยีนี้ออกสู่ตลาด และปรับปรุงให้มันมีขนาดเล็กลง

ในขณะที่จุนโฮ ลี (Junho Lee) นักศึกษาปริญญาเอก ผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า งานวิจัยนี้ท้าทายสิ่งที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวัน และเหมือนจะเป็นไปไม่ได้ แต่เราก็วิจัยอย่างมุ่งมั่น เพราะตระหนักดีว่าอนาคตของประเทศชาติ เชื่อมโยงกับความมั่นคงด้านพลังงานอย่างใกล้ชิด

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Chemical Communications ฉบับวันที่ 26 กุมภาพันธ์ 2025