นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวัสดุราคาถูกที่ช่วยให้การชาร์จแบตเตอรี่อุปกรณ์เร็วขึ้น

(ภาพจาก https://www.theguardian.com/science/2018/jul/25/cheap-material-could-radically-improve-battery-charging-speed-say-scientists )

เบื่อไหมกับการต้องรอชาร์จโทรศัพท์ หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ครั้งละหลายชั่วโมงกว่าแบตเตอรี่จะเต็ม จะดีกว่าไหมถ้าการชาร์จโทรศัพท์ให้แบตเตอรี่เต็มจากใช้เวลาหลายชั่วโมงมาเหลือแค่ไม่กี่นาที ปัจจุบันผู้คนทั่วไปใช้ชีวิตสะดวก รวดเร็วมากยิ่งขึ้น ด้วยเทคโนโลยีใหม่ๆ ซึ่งมีแบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานสำคัญ หากเราสามารถร่นเวลาการชาร์จแบทเตอรี่ให้เต็ม จากหลายชั่วโมงเป็นไม่กี่นาทีได้ สิ่งนี้จะไม่ใช่แค่ทำให้การชาร์จโทรศัพท์สะดวกขึ้น แต่มันจะเปลี่ยนวิถีชีวิตของผู้คนไปเลย ไม่ว่าจะเป็นการชาร์จแบตเตอรี่ให้รถยนต์ไฟฟ้า หรือช่วยในเรื่องของพลังงานจากแสงอาทิตย์ ซึ่งจะจูงใจให้คนหันไปใช้เทคโนโลยีพลังงานสะอาดกันมากขึ้น


ความเร็วของการชาร์จแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของประจุบวกที่เรียกว่าไอออนลิเทียม สามารถที่จะเคลื่อนที่ไปยังขั้วประจุไฟฟ้าที่เป็นลบ ที่ซึ่งประจุจะถูกเก็บเอาไว้ ปรกติแล้ววัสดุที่มันไหลผ่านจะเป็นวัสดุประเภทเซรามิก ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่แบบไอออนลิเทียมในปัจจุบัน มันชาร์จได้ไม่รวดเร็วมากนัก


นักวิทยาศาสตร์พยายามจะหาทางชาร์จแบตเตอรี่แบบใหม่ให้รวดเร็วยิ่งขึ้นโดยทำให้ทุกสิ่งเล็กลง ด้วยการสร้างแบตเตอรี่จากวัสดุนาโน ซึ่งเล็กจิ๋วมาก แต่มันมีราคาสูงและมีกระบวนการสร้างที่ซับซ้อน นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามหาวิธีการใหม่ๆเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาดังกล่าว


ด้วยการวิจัย พยายามอย่างหนัก นักวิจัยจากเกาะอังกฤษมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ได้พบเจอวัสดุกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่า นีโอเบียมทังสเตนออกไซด์ (Niobium tungsten oxides) ซึ่งวัสดุกลุ่มนี้มันต่างออกไป ไอออนลิเทียมสามารถเคลื่อนที่ผ่านเจ้าวัสดุชนิดนี้ได้อย่างรวดเร็วมาก เร็วกว่าเคลื่อนที่ผ่านเซรามิกหลายเท่า แม้ว่านีโอเบียมทังสเตนออกไซด์ จะมีอนุภาคขนาดใหญ่กว่าวัสดุอื่นๆในแบตเตอรี่ที่ใช้กันปรกติ


นีโอเบียมทังสเตนออกไซด์ค้นพบครั้งแรกในปี 1965 ต้องรอหลายสิบปีจนมีการวิจัยนี้ ที่เห็นประโยชน์ยิ่งใหญ่ของมัน ด้วยการใช้เครื่อง MRI หรือ การสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (Magnetic resonance imaging) นักวิจัยพบว่า ไอออนลิเทียมเคลื่อนที่ผ่านวัสดุประเภทนีโอเบียมทังสเตนออกไซด์ได้รวดเร็วกว่าวัสดุเซรามิกหลายร้อยเท่า ถ้าวัสดุนีโอเบียมทังสเตนออกไซด์สามารถนำไปใช้ได้จริงในการสร้างแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ขายให้ผู้คนทั่วไปได้ใช้กัน มันจะเป็นการพลิกโฉมวงการพลังงานเลยก็ว่าได้


วัสดุกลุ่มนีโอเบียมทังสเตนออกไซด์ยังมีข้อดีอีกหลายอย่างคือมันมีราคาถูก และไม่ซับซ้อนในการสร้าง ลองจินตนาการถึงโลกที่เราสามารถชาร์จโทรศัพท์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ในเวลาเพียงไม่กี่นาที มันจะทำให้เราทำสิ่งต่างๆ ได้อย่างสะดวกรวดเร็วมากยิ่งขึ้น หรืออย่างเช่นรถไฟฟ้าที่ไม่ต้องเสียเวลาชาร์จเป็นชั่วโมง เราก็อาจจะเห็นรถเมล์ไฟฟ้าที่สามารถชาร์จไฟได้อย่างรวดเร็วตามป้ายจอดรถเมล์ต่างๆ ทั่วกรุงเทพ


ในงานวิจัยนี้ได้มีนักวิทยาศาสตร์ ศาสตราจารย์แดน เบทท์จากวิศวกรรมเคมีไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอนให้ความเห็นว่า การค้นพบนี้เป็นเรื่องที่น่าตื่นตาตื่นใจอย่างยิ่งในเรื่องของประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และสิ่งที่ฉลาดในงานวิจัยนี้คือการเข้าใจดีของกลไกการทำงานและความสามารถในการวัดว่าไอออนลิเทียมเคลื่อนที่ผ่านวัสดุชนิดต่างๆ ด้วยความเร็วเท่าใด


ผู้คนในสังคมมักจะใช้ชีวิตแบบเดิมๆ ที่เราเคยเป็น แต่เพราะมีเทคโนโลยีใหม่ๆที่มาเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตของผู้คน ที่เราใช้ชีวิตต่างจากเมื่อ สิบปีหรือยี่สิบปีที่แล้วก็เพราะเทคโนโลยีต่างๆพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว  แล้วเทคโนโลยีเหล่านั้นมาจากไหน คำตอบก็คือมาจากห้องทดลอง มหาวิทยาลัยที่มีผู้คนที่เรียกว่า นักวิทยาศาสตร์ นักวิจัย อุทิศชีวิตและเวลา เพื่อที่จะสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ การค้นพบใหม่ๆ ซึ่งจะมีส่วนช่วยให้มนุษย์มีความเป็นอยู่ที่ดียิ่งขึ้น ถ้าเทคโนโลยีวัสดุกลุ่มนีโอเบียมทังสเตนออกไซด์สามารถมาสร้างแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์และวางขายให้ทุกคนได้ใช้กัน มันจะพลิกโฉมวงการพลังงานของเราอย่างไม่ต้องสงสัยเลย
 

เรียบเรียงโดย

ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ

• [1] https://www.theguardian.com/science/2018/jul/25/cheap-material-could-radically-improve-battery-charging-speed-say-scientists
• [2] https://www.nature.com/articles/s41586-018-0347-0