ทรัพยากรมีจำกัดแต่ประชากรโลกกลับเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อยๆ อีกหนึ่งหน้าที่ของนักวิทยาศาสตร์คือการการสรรหาพลังงานทดแทนเพื่อรองรับกับความขาดแคลนที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต พลังงานสะอาดอย่างเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่จึงเป็นทางเลือกใหม่ สำหรับการวิจัยทางด้านพลังงานที่นักวิจัยสาวเก่งจากเอ็มเทค ได้วิจัยและออกแบบโครงสร้างเกิดเป็นแบตเตอรี่แบบใหม่ที่มีขนาดเล็กแต่ประสิทธิภาพสูงเป็นที่ยอมรับระดับโลก
ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล นักวิจัยและหัวหน้าห้องปฏิบัติการวัสดุและระบบเพื่อใช้ประโยชน์ทางพลังงานไฟฟ้าเคมี ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กล่าวว่า เรื่องพลังงานเป็นสิ่งที่ทั่วโลกเริ่มให้ความสนใจมาระยะหนึ่ง เธอเองก็เช่นกันที่มีแนวคิดตั้งแต่เด็กว่า อยากทำอะไรสักอย่างเกี่ยวกับด้านพลังงาน เพราะเข้าใจดีว่าพลังงานโดยเฉพาะน้ำมันต้องขาดแคลนและหมดไปในที่สุด ตอนเลือกเรียนปริญญาตรีเธอจึงเลือกศึกษาทางด้านวัสดุศาสตร์ เพื่อคิดค้นและหาวิธีที่จะพัฒนาวัสดุที่เป็นพลังงานทดแทน โดยเธอได้รับทุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไปศึกษาต่อระดับปริญญาตรี ในคณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาวัสดุศาสตร์ ที่มหาวิทยาลัยคอร์แนล สหรัฐฯ และศึกษาต่อระดับปริญญาโทและปริญญาเอกที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาซูเซตส์ (เอ็มไอที) สหรัฐฯ ทางด้านวัสดุศาสตร์ เซรามิกส์
ดร.พิมพา เล่าว่า เธอเริ่มทำโปรเจคตั้งแต่อายุ 18 ปี ด้วยการพัฒนาวัสดุใบพัดเครื่องบินให้มีน้ำหนักเบาขึนและมีประสิทธิภาพการบินที่ดีขึ้นร่วมกับนักศึกษาปริญญาเอก พอได้เริ่มทำโครงงานของตัวเองแบบเต็มตัวจึงสนใจการทำวัสดุให้เล็กลงอีกเช่นกัน แต่เป็นส่วนของแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้กักเก็บพลังงานทดแทนจากพลังงานลม และแสงอาทิตย์
ความท้าทายอยู่ที่เธอต้องพัฒนาให้เซลล์แบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้น ในขณะที่ขนาดของแบตเตอรี่ต้องเล็กลง ทำให้เธอกลายเป็นผู้หญิงคนแรกและคนเดียวที่เอ็มไอที ที่เริ่มทำทดลองเกี่ยวกับการพัฒนาพลังงานทดแทนด้วยการพัฒนาวัสดุเซรามิกส์ และการขึ้นรูปให้ขั้วแบตเตอรี่และขั้วของเซลล์เชื้อเพลิงให้มีความเหมาะสม
“ตอนเด็กๆ นี่ค่อนข้างซนค่ะ แต่ซนแบบไม่เกเรนะ ที่บ้านไม่ได้มีของเล่นแพงๆ อะไรเหมือนคนอื่นเขา โชคดีที่คุณพ่อปล่อยให้เล่นกับธรรมชาติได้อย่างเต็มที่ ชอบเอานู่นนี่มาเล่น เอาดินเหนียวมาปั้นแล้วเอาไปเผาโดยมีคุณพ่อช่วยอยู่ข้างๆ เสร็จปุ๊บก็เอามาทาสีเป็นเซรามิกส์บ้านๆ มอบให้คุณพ่อคุณแม่ การได้ทดลองอะไรแบบนี้จึงทำให้สนใจทางด้านวัสดุศาสตร์ โดยเฉพาะด้านพลังงานและเซรามิก โตขึ้นมีโอกาสได้รับทุนจากกระทรวงฯ จึงมุ่งมั่นว่าจะเรียนในสาขานี้แล้วก็เรียนมาตลอดจนจบปริญญาเอก ด้วยความที่ในสาขานี้ไม่ค่อยมีผู้หญิงเลือกเรียนตั้งแต่เรียนตรีถึงเอกเลยเป็นผู้หญิงคนเดียวในแล็บตลอด แต่ก็ไม่ได้เป็นอุปสรรคกับการทำงาน แถมยังดีเสียด้วยเพราะผู้หญิงจะมีความอ่อนโยนและทำงานที่ละเอียดอ่อนได้พอๆ กับผู้ชายหรือดีกว่า ที่สำคัญปัจจุบันนี้ก็เป็นยุคใหม่ชายหญิงมีความเท่าเทียมกัน มีความรู้ความสามารถพอๆ กัน ผู้หญิงอย่างเราๆ ก็สามารถทำเรื่องยากๆ ได้ ไม่แพ้ผู้ชาย” ดร.พิมพา เผยแก่ทีมข่าววิทยาศาสตร์ ASTV-ผู้จัดการออนไลน์
ดร.พิมพา อธิบายถึงงานวิจัยที่เธอและทีมร่วมทำว่า เป็นงานวิจัยคุณสมบัติของวัสดุนำไฟฟ้าแบบผสม (mixed conducting materials) ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถนำทั้งประจุลบที่เป็นอิเล็กตรอน และประจุบวกที่เป็นไอออนบวกได้พร้อมๆกัน โดยเน้นไปที่การพัฒนาตัววัสดุสารประกอบเซรามิก และการขึ้นรูปขั้วแบตเตอรี่และขั้วของเซลล์เชื้อเพลิงให้มีโครงสร้างทางจุลภาคที่เหมาะสม ให้สามารถนำประจุและอิเล็กตรอนได้ดีกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้อยู่ทั่วไปในท้องตลาดปัจจุบัน โดยการพัฒนาขั้วแอโนดและแคโทดให้เกิดปฏิกริยาเคมีที่ให้ไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ผ่านกลไกการผลิตกระแสไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิง ที่เกิดจากปฏิกริยาไฟฟ้าเคมีระหว่างเชื้อเพลิงจำพวกคาร์บอนหรือไฮโดรเจนกับออกซิเจนได้ผลิตภัณฑ์เป็นไฟฟ้าและน้ำ
เจ้าของผลงาน เผยว่า การพัฒนาคุณสมบัติของวัสดุนำไฟฟ้าแบบผสม จะส่งผลให้อุปกรณ์ผลิตและกักเก็บพลังงานที่ผลิตจากวัสดุชนิดใหม่มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ทั้งในด้านของปริมาณการกักเก็บศักดิ์ไฟฟ้าที่มีขนาดเพิ่มขึ้น การชาร์จที่ใช้เวลาสั้นลงแต่ใช้งานได้ยาวนานขึ้น ในขนาดที่กะทัดรัด สะดวกต่อการพกพา อายุการใช้งานที่ยาวขึ้น และราคาต้นทุนที่ลดลง ซึ่งจะทำให้คนจำนวนมากหันมาใช้พลังงานทดแทน หรือพลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงมากขึ้น ที่นอกจากจะเป็นพลังงานสะอาด ไม่สร้างมลพิษแล้วยังมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน
“แต่กว่าจะประสบความสำเร็จได้ก็ฝ่าฝันมาเยอะเหมือนกันนะคะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานวิจัยของเราเป็นการประยุกต์และพัฒนา สิ่งสำคัญที่ผลักดันให้เกิดงานวิจัยประสบความสำเร็จได้ในวันนี้ คือ งานวิจัยขั้นพื้นฐานค่ะ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำมาอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ตอนเรียนหนังสือทั้งที่แบบโครงการวิจัยของตัวเอง และงานวิจัยร่วมกับนักวิจัยคนอื่น ทั้งในส่วนของการออกแบบเพื่อคัดเลือกองค์ประกอบทางเคมีที่ทำให้ส่วนประกอบในแบตเตอรี่มีสมรรถนะที่ดีขึ้น การพัฒนาโครงสร้างผลึก การพัฒนาโครงสร้างทางจุลภาค กระบวนการสังเคราะห์ขึ้นรูปในบรรยากาศที่เหมาะสมโดยใช้แบบจำลองคณิตศาสตร์ระดับจุลภาคมาช่วยในการออกแบบและวิจัยเพื่อนำมาใช้ในการผลิตชิ้นงานจริง” ดร.พิมพา เผยแก่ทีมข่าววิทยาศาสตร์ ASTV-ผู้จัดการออนไลน์
ผลงานวิจัยทางด้านแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงส่วนหนึ่ง ที่ ดร.พิมพา ได้คิดค้นขึ้นได้ถูกนำไปต่อยอดให้เกิดการก่อตั้งบริษัทแบตเตอรี่ที่เป็นที่รู้จักในระดับนานาชาติเป็นที่เรียบร้อยแล้ว คือ บริษัท เอ123ซิสเต็ม (A123System) และ บริษัท 24 เอ็มเทคโนโลยีส์ (24M Technologies) ในสหรัฐฯ ซึ่งนำเทคโนโลยีไปใช้ในรถไฟฟ้าไฮบริด เครื่องมือช่าง และในแบตเตอรี่ขนาดใหญ่สำหรับระบบสำรองและควบคุมความเสถียรของไฟฟ้า ได้รับการตีพิมพ์จากวารสารวิชาการต่างประเทศ 45 ฉบับ ได้รับการยกย่องจากนิตยสาร ไซแอนทิฟิกอเมริกัน (Scientific American) ให้เป็นงานวิจัยเปลี่ยนโลก (World Changing Idea) และในปี 2557 ได้รับเลือกให้เป็นนักวิจัยสตรี ผู้ได้รับทุนโครงการทุนวิจัย ลอรีอัล ประเทศไทย “เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” สาขาวัสดุศาสตร์
*******************************
