นักวิทย์เกาหลีก้าวหน้า พัฒนาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮันยางในกรุงโซล ประเทศเกาหลีใต้ ประสบความสำเร็จในการปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สมาร์ตโฟน แล็ปท็อป ไปจนถึงยานพาหนะรูปแบบต่าง ๆ 

ก่อหน้านี้หนึ่งในความท้าทายหลักของการพัฒนาแบตเตอรี่คือ การเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและความทนทานของเซลล์แบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบตเตอรี่ที่ใช้นิกเกิล (Ni) เป็นขั้วแคโทด (Cathode) ขั้วลบ ซึ่งข้อดีของขั้วแคโทดที่ใช้นิกเกิลมีหลายประการ เช่น ความจุสูง ต้นทุนต่ำ แต่ก็มีข้อเสียเปรียบ คือ มีแนวโน้มที่จะเสื่อมการใช้งานเร็ว เนื่องจากมีปฏิกิริยากับสภาพแวดล้อมภายนอกสูง ซึ่งเป็นผลให้เกิดสารประกอบลิเทียมบนขั้วแคโทด และทำให้การขนส่งประจุภายในแบตเตอรี่ไม่มีประสิทธิภาพ

อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้อาจจะกำลังได้รับการแก้ไขด้วยงานวิจัยนี้ โดยวิธีการนี้คือการล้างขั้วแคโทดด้วยน้ำที่มีโคบอลต์ไอออนผสมอยู่ ซึ่งเป็นวิธีที่เรียบง่ายแต่ได้ผลดี กระบวนการนี้จะกำจัดลิเทียมส่วนเกินออกจากขั้วแคโทด จากนั้นก็จะสร้างชั้นโคบอลต์บาง ๆ และสม่ำเสมอเพื่อทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันไม่ให้แคโทดสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ (สารที่นำกระแสไฟฟ้า) โดยตรง ซึ่งช่วยลดโอกาสที่จะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมโทรมเพิ่มเติม

นอกจากนี้นักวิจัยยังได้เคลือบฟลูออรีนครอบทับขั้วแคโทดที่ถูกล้างแล้วด้วย ช่วยเพิ่มความเสถียรและความปลอดภัยของเซลล์แบตเตอรี่ เป็นการป้องกันการสลายเกลืออิเล็กโทรไลต์และการเกิดฟองก๊าซ ซึ่งอาจทำให้แบตเตอรี่บวมและระเบิดได้

นักวิจัยได้นำวิธีการล้างแบบนี้ไปทดสอบกับขั้วแคโทดที่เป็นนิกเกิลหลายตัวอย่าง พบว่าช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานให้แบตเตอรี่อย่างมาก โดยหลังจากใช้งานแบตเตอรี่ผ่านไป 500 รอบ แบตเตอรี่ที่ถูกล้างจะยังคงมีปริมาณประจุไฟฟ้าสูงสุดที่แบตเตอรี่สามารถจัดเก็บได้ (Initial Capacity) สูงกว่า 90% ส่วนแบตเตอรี่ที่ไม่ถูกล้าง จะมี Initial Capacity น้อยกว่า 80% นอกจากนี้แบตเตอรี่ที่ถูกล้างด้วยวิธีการใหม่ ยังมีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น 

แคโทด (Cathode) ที่ได้รับการบำบัดจะคงความจุเริ่มต้นได้มากกว่า 90% หลังจากผ่านไป 500 รอบ เทียบกับน้อยกว่า 80% สำหรับแคโทดที่ไม่ผ่านการบำบัด นอกจากนี้ยังแสดงความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและการสร้างก๊าซต่ำกว่าแคโทดทั่วไป

ทีมวิจัยหวังว่า เทคนิคนี้ของพวกเขาจะช่วยปูทางในการพัฒนาแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจะถูกนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่สมาร์ตโฟน ไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้า และคาดหวังว่ามันจะเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิจัยคนอื่น ๆ พัฒนาวิธีการใหม่ ๆ ในการเพิ่มเสถียรภาพและความทนทานของแบตเตอรี่

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสารเนเจอร์ เอเนอร์จี (Nature Energy) เมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน 2023

ที่มาข้อมูล InterestingEngineering, Nature

ที่มารูปภาพ Reuters