ศูนย์ข่าวขอนแก่น - นักวิจัย ม.ขอนแก่นสุดเจ๋ง สังเคราะห์เถ้าแกลบ เป็นวัสดุทำขั้วลบแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน เผยประสิทธิภาพเก็บพลังงานได้มากกว่าคาร์บอนถึง 12 เท่า หรือแบตเตอรี่เล็กลง แต่ให้ประสิทธิภาพเท่าเดิม ชี้เกิดประโยชน์สูงทั้งต่ออุตสาหกรรมไอซีที รถยนต์พลังงานไฟฟ้า ด้านผู้วิจัยเล็งวิจัยต่อเนื่อง ให้วัสดุที่สังเคราะห์ขึ้นดูดซับลิเทียมไอออนมากขึ้นและอายุใช้งานยาวนานขึ้น พร้อมอ้าแขนรับผู้ประกอบการชาวไทยนำผลงานไปขยายผลเชิงพาณิชย์
วันนี้ (5 ต.ค. 58) ที่ห้องประชุมสิริคุณากร 4 อาคารสิริคุณากร มหาวิทยาลัยขอนแก่น คณะนักวิจัย มหาวิทยาลัยขอนแก่น (มข.) นำโดย ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มข. นำเสนอผลงานวิจัย สังเคราะห์วัสดุนาโน ทั้งนาโนซิลิกอน นาโนซิลิกา และนาโนซิลิกอนคาร์ไบด์ ที่กำลังอยู่ในขั้นตอนของการศึกษาวิจัยจากเถ้าแกลบ โดยวัสดุนาโนดังกล่าวสามารถนำไปใช้ทดแทนคาร์บอน วัสดุสำหรับทำขั้วไฟฟ้าแอโนดหรือขั้วลบของแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออน สามารถกักเก็บพลังงานได้มากกว่าคาร์บอน 12 เท่า
สำหรับงานวิจัยนี้เป็นหนึ่งในสามหัวข้องานวิจัยหลักของห้องปฏิบัติการและวิจัยวัสดุขั้นสูงเพื่อกักเก็บพลังงาน (Advanced Energy Storage Materials Laboratory) ซึ่งดำเนินงานวิจัยใน 3 เรื่องหลักประกอบด้วย การสังเคราะห์วัสดุโครงสร้างนาโนที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีที่ดีและมีประสิทธิภาพสูง, การศึกษาพฤติกรรมการเปลี่ยนแปลงเฟสของวัสดุขณะใช้งานด้วยเทคนิควิเคราะห์ขั้นสูง และการนำวัสดุธรรมชาติมาผลิตเป็นขั้วไฟฟ้าและส่วนประกอบของแบตเตอรี่เพื่อเพิ่มมูลค่าของสินค้าเกษตร
ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง เจ้าของผลงานวิจัย เปิดเผยว่า วัสดุที่ใช้ทำขั้วแอโนดหรือขั้วลบ ปัจจุบันใช้แกรไฟต์เป็นวัสดุหลัก ที่นำมาใช้เชิงพาณิชย์ แต่สามารถกักเก็บพลังงานได้น้อย จำเป็นต้องหาวัสดุอื่นมาทดแทน โดยนักวิจัยพบว่านาโนซิลิกอน เหมาะสำหรับทำขั้วแอโนด เนื่องจากมีความสามารถรับลิเทียมไอออนมากกว่าแกรไฟต์ถึง 12 เท่า หากนำวัสดุนี้มาใช้งานจริง จะทำให้ขนาดของแบตเตอรี่ลดลงโดยที่ประสิทธิภาพเท่าเดิม หรือแบตเตอรี่ขนาดเท่าเดิมแต่สามารถใช้งานได้นานขึ้นต่อการประจุไฟ 1 ครั้ง
อย่างไรก็ดี นาโนซิลิกอนที่สังเคราะห์ได้จากแกลบ มีข้อเสียคือขยายตัวมากเมื่อถูกอัดลิเทียมไอออนเข้าไปในโครงสร้าง ส่งผลให้วัสดุมีโอกาสเสริมสภาพได้ ดังนั้น การออกแบบเพื่อนำไปใช้งานจริงจะต้องนำไปใช้ร่วมกับวัสดุอื่นที่มีความแข็งแรงและมีการหดหรือขยายตัวเมื่อถูกอัดลิเทียมไอออนเข้าไปในโครงสร้างต่ำ ซึ่งกำลังอยู่ในขั้นตอนของการวิจัยเพื่อทำให้มีวัสดุที่สามารถดูดซับลิเทียมไอออนได้มากและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานมากขึ้น
ผศ.ดร.นงลักษณ์กล่าวต่อว่า วิธีการดำเนินการวิจัยของห้องแล็บจะเริ่มจากการสังเคราะห์วัสดุ จากนั้นจะนำวัสดุมาขึ้นรูป สร้างเป็นแบตเตอรี่และศึกษาพฤติกรรมของวัสดุโดยใช้หลักการทางเคมีและฟิสิกส์ เพื่ออธิบายหรือทำความเข้าใจวัสดุนั้นๆในด้านต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพการใช้งานความสามารถในการกักเก็บพลังงาน ความสามารถให้กำลัง ความปลอดภัยการใช้งาน และการเปลี่ยนแปลงของวัสดุ เพื่อออกแบบแบตเตอรี่ที่เหมาะสมกับการใช้งานแต่ละประเภท
โดยวัสดุที่สังเคราะห์ขึ้นมามีทั้งวัสดุที่ทั่วโลกกำลังให้ความสนใจ แต่ต้องนำเข้าสารตั้งต้นที่ราคาแพงจากต่างประเทศ และวัสดุที่สามารถสังเคราะห์ขึ้นจากวัสดุธรรมชาติ โดยเฉพาะจากสิ่งเหลือทิ้งการเกษตร เช่น แกลบ หรือเถ้าแกลบ สามารถนำมาเป็นวัตถุดิบสังเคราะห์นาโนซิลิกอนและนาโนซิลิกา สำหรับทำขั้วไฟฟ้าในแบตเตอร์รี่ลิเทียมไอออนได้ ทั้งสามารถกำจัดของเหลือทิ้ง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมด้วย
ความสำคัญงานวิจัยดังกล่าวเป็นเรื่องที่ทั่วโลกสนใจ เพราะเทคโนโลยีแบตเตอรี่จะถูกพัฒนาเพื่อรองรับเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำอื่นๆ อาทิ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ notebook smartphone Tablet รถยนต์ไฮบริด รถยนต์ไฟฟ้า 100% แม้กระทั่งโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ หรือโรงไฟฟ้าพลังงานลม เพื่อใช้แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนเป็นแหล่งจ่ายและกักเก็บพลังงาน โดยแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนเป็นตัวกักเก็บพลังงานไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา สามารถกักเก็บพลังงานได้สูงสุดเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประจุไฟใหม่อื่นๆ และมีระยะเวลาใช้งานยาวนาน
“คณะผู้วิจัยขอสงวนท่าทีต่อการนำผลงานวิจัยชิ้นนี้ขยายผลไปสู่การผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนในเชิงพาณิชย์เฉพาะกับผู้ผลิตหรือซัปพลายเออร์ที่เป็นผู้ประกอบการชาวไทย เนื่องจากปัจจุบันยังไม่มีผู้ผลิตหรือซัพพลายเออร์ที่มีศักยภาพ ที่ผ่านมามีผู้ประกอบการจากต่างประเทศ สนใจเข้ามาเจรจาที่จะนำผลงานวิจัยไปขยายผลในเชิงพาณิชย์ ส่วนขั้นตอนการจดสิทธิบัตรนั้น คาดว่าต้องใช้เวลาประมาณ 2-3 ปีถึงจะมีผลคุ้มครองผลงานวิจัยชิ้นนี้ได้” ผศ.ดร.นงลักษณ์กล่าว
ทั้งนี้ ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง นอกจากเป็นผู้วิจัยชิ้นงานดังกล่าวยังมีผลงานโดดเด่น เป็นผู้รับพระราชทาน “รางวัลนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ ประจำปี พ.ศ. 2558” จากมูลนิธิส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในพระบรมราชูปถัมภ์ ปัจจุบันเป็นอาจารย์สอนประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
