เกาหลีใต้เปิดตัวแบตเตอรี่ EV ทนไฟ เก็บพลังงานได้อึดยิ่งกว่าเดิม !
นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแทกูเกียงบุก (DGIST) ในเกาหลีใต้ พัฒนาวัสดุโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์แข็งสามชั้น ( triple-layer solid polymer electrolyte) ที่มีแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งสามารถดับเพลิงได้เองหากเกิดไฟไหม้ และมีความทนทานต่อการระเบิด รวมถึงมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนแบบเดิมอีกด้วย
ภาพจาก Unsplash
แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน (Li-ion) เป็นส่วนประกอบสำคัญของการใช้งานรถยนต์พลังงานไฟฟ้า จักรยานไฟฟ้า และยานพาหนะอื่น ๆ ที่ต้องการเปลี่ยนไปสู่ยุคพลังงานสะอาด โดยตัวแบตเตอรี่ทำจากแร่ลิเทียม (lithium) เป็นธาตุที่มีสัญลักษณ์ Li และเลขอะตอม 3 ในตารางธาตุ เป็นโลหะ ลักษณะเป็นของแข็งสีเงิน เบาที่สุดในบรรดาธาตุโลหะที่เป็นของแข็ง หลอมละลายที่ 180.5 องศาเซลเซียส โดยแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ให้การจัดเก็บพลังงานที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง สามารถรับและปล่อยพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่นสมารต์โฟน ไปจนถึงยานยนต์พลังงานไฟฟ้า
อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ใช้ตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์เหลวที่มีวัสดุอินทรีย์ ซึ่งมีความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ นอกจากนี้ตัวคั่นที่แยกขั้วบวกและขั้วลบอาจเสียหายได้ ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรและเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ แม้ว่าจะมีการวิจัยเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบออล-โซลิด-สเตต ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์แข็งที่มีความเสี่ยงจากไฟไหม้ลดลง แต่การนำไปใช้เชิงพาณิชย์ยังไม่สำเร็จเนื่องจากปัญหาเรื่องประสิทธิภาพและต้นทุน
นักวิจัยจากเกาหลีใต้จึงได้พัฒนาวัสดุโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์แข็งสามชั้น ( triple-layer solid polymer electrolyte) โดยอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) หรือสารที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนอิสระเมื่อละลายน้ำหรือหลอมเหลว ทำให้สามารถนำไฟฟ้าได้ จะถูกพัฒนาให้เป็นแบบแข็ง แต่ละชั้นจะทำหน้าที่เฉพาะ โดยชั้นกลางที่ทำจากซีโอไลต์ (Zeolites) ซึ่งมีโครงสร้างเป็นรูพรุนขนาดเล็ก จะช่วยให้ความแข็งแรงแก่โครงสร้าง ในขณะที่ชั้นนอกที่นุ่มกว่า จะสัมผัสกับขั้วไฟฟ้า และปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิผลของแบตเตอรี่
ด้านหนึ่งของแบตเตอรี่จะเป็น เดคาโบรโม ไดฟีนิล อีเทน (DBDPE) ซึ่งเป็นสารประกอบทางเคมีที่ใช้เป็นสารหน่วงไฟ สามารถป้องกันไฟไหม้และสามารถดับไฟได้หากเกิดขึ้น และยังมีส่วนประกอบอื่น ๆ ของแบตเตอรี่เช่นสารที่ช่วยให้ไอออนลิเทียมเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอัตราการถ่ายโอนพลังงานของแบตเตอรี่ได้ด้วย
โดยจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการ นักวิจัยพบว่าแบตเตอรี่ยังคงรักษาประสิทธิภาพไว้ได้ถึงร้อยละ 87.9 แม้จะผ่านรอบการชาร์จและใช้พลังงาน (charge-discharge cycles) มาแล้วกว่า 1,000 รอบแล้วก็ตาม ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน (Li-ion) ทั่วไปที่ใช้อิเล็กโทรไลต์เหลว สามารถรักษาประสิทธิภาพได้เพียงร้อยละ 70-80 เท่านั้น
ทีมวิจัยหวังว่าการพัฒนาผลงานนี้ จะช่วยให้อุตสาหกรรมต่าง ๆ สามารถนำแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะที่ใช้อิเล็กโทรไลต์แบบแข็ง ไปใช้งานในเชิงพาณิชย์ได้ และในขณะเดียวกันก็เพิ่มเสถียรภาพและประสิทธิภาพให้กับอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานต่าง ๆ โดยสามารถนำไปใช้ในหลายภาคส่วน ตั้งแต่การชาร์จพลังงานให้กับอุปกรณ์สมาร์ตโฟน ไปจนถึงโซลูชันการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ได้อีกด้วย
สำหรับงานวิจัยชิ้นนี้ ตีพิมพ์ลงในวารสารวิจัยบนแพลตฟอร์มไวลีย์ (Wiley Online Library) เมื่อวันที่ 3 พฤศจิกายน 2024 โดยสามารถอ่านผลงานฉบับเต็มได้ ที่นี่
ข้อมูลจาก legacy.orst.go.th, th.schem, onlinelibrary.wiley, biz.chosun