ทีมวิจัยของJapan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) ได้ทำการพัฒนาครั้งสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

 นักวิทยาศาสตร์ของ JAIST ได้บุกเบิกแนวทางแก้ไขปัญหาที่เป็นนวัตกรรมสำหรับปัญหาที่รบกวนประสิทธิภาพของอนุภาคไมครอนซิลิกอน (SiMP) การสังเคราะห์ SiMP ที่มีความยืดหยุ่นสูง ซึ่งประกอบด้วยแว่นตาดำ (ซิลิกอนออกซีคาร์ไบด์) ที่กราฟต์ซิลิกอนเป็นวัสดุแอโนด การค้นพบนี้อาจเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อย่างมาก ซึ่งจะมีความสำคัญต่อการบรรลุความทะเยอทะยานสุทธิเป็นศูนย์

ควบคุมพลังของซิลิกอน

ซิลิคอนเป็นองค์ประกอบที่มีมากเป็นอันดับสองของโลก โดยคิดเป็น 27.7% ของเปลือกโลก และมีศักยภาพในการผลิตแบตเตอรี่โลหะไอออนที่มีประสิทธิภาพสูง เนื่องจากอุปกรณ์กักเก็บพลังงานทางเลือก เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ ความจำเป็นในการควบคุมความจุพลังงานจำเพาะที่ยอดเยี่ยมของซิลิกอนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็น

อย่างไรก็ตาม การใช้วัสดุอิเล็กโทรดที่มีซิลิกอนในเชิงพาณิชย์มักถูกขัดขวางด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก การขาดเสถียรภาพทางกลที่เกิดจากการขยายตัวของปริมาตรที่ไม่สามารถควบคุมได้จากการลิเธียชัน ซึ่งเป็นกระบวนการหวีซิลิกอนด้วยลิเธียมไอออน และประการที่สอง การสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็วที่เกิดจากการก่อตัวของอินเทอร์เฟซโซลิดอิเล็กโทรด (SEI) ที่ไม่เสถียร

นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นอิเล็กโทรดขั้วลบหรือวัสดุแอโนดที่มีซิลิกอนขั้นสูงจำนวนมากเพื่อบรรเทาปัญหาเหล่านี้ โดยวัสดุนาโนซิลิกอนที่ได้รับความนิยมมากที่สุด อย่างไรก็ตาม วัสดุนาโนซิลิกอนยังคงพบข้อบกพร่องบางประการ เช่น ช่องว่างของอุปสงค์และอุปทานขนาดใหญ่ การสังเคราะห์ที่ยากและมีราคาแพง และแบตเตอรี่แห้งเร็ว

ศาสตราจารย์โนริโยชิ มัตสึมิ หัวหน้าทีมวิจัยจาก JAIST กล่าวว่า "อนุภาคนาโนซิลิกอนอาจให้พื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น แต่นั่นก็มาพร้อมกับข้อเสียของมันเอง เช่น การบริโภคอิเล็กโทรไลต์ที่เพิ่มขึ้น ตลอดจนประสิทธิภาพคูลอมบิกเริ่มต้นที่ไม่ดีหลังจากการชาร์จสองสามรอบและ การคายประจุ SiMP เป็นทางเลือกที่เหมาะสม ต้นทุนต่ำ และหาได้ง่ายที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับวัสดุที่มีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่โดดเด่น เช่น แว่นตาดำซิลิกอนออกซีคาร์ไบด์ วัสดุของเราไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพสูงเท่านั้น แต่ยังเอื้อต่อการขยายโอกาสอีกด้วย”

พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนด้วย SiMPs

นักวิจัยของ JAIST ได้พัฒนาวัสดุประเภท core-shell ซึ่งแกนประกอบด้วย SiMP ที่เคลือบด้วยชั้นของคาร์บอนด้วยแว่นตาดำซิลิคอน oxycarbide จากนั้นทาบบนเป็นชั้นของเปลือก วัสดุถูกนำมาใช้ในภายหลังในการกำหนดค่าครึ่งเซลล์ขั้วบวกเพื่อวิเคราะห์ความสามารถในการเก็บลิเธียมแบบย้อนกลับภายใต้หน้าต่างที่มีศักยภาพต่างกัน

 บรรยายภาพ:นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีขั้นสูงแห่งประเทศญี่ปุ่นได้พัฒนากระบวนการที่ใช้งานง่ายและสะดวกสำหรับการผลิตอนุภาคซิลิกอนไมโครกราฟต์แก้วสีดำสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประสิทธิภาพสูงสำหรับใช้ในยานยนต์ไฟฟ้าและผลิตภัณฑ์อื่นๆ เครดิตภาพ: Noriyoshi Matsumi จาก JAIST

ผลการวิจัยพบว่าวัสดุมีความสามารถในการแพร่ของลิเธียมที่ดีเยี่ยม ความต้านทานภายในลดลง และการขยายตัวเชิงปริมาตรโดยรวม วัสดุแสดงการกักเก็บพลังงานได้ 99.4% แม้หลังจากการชาร์จและการคายประจุ 775 รอบ และแสดงความเสถียรทางกลที่ยอดเยี่ยม

การศึกษาชี้ให้เห็นถึงศักยภาพที่น่าตื่นเต้นของวัสดุแอโนดแอกทีฟที่ใช้ SiMP ซึ่งเป็นการเปิดเส้นทางใหม่สำหรับซิลิคอนในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยุคหน้า นอกจากนี้ กระบวนการสังเคราะห์นี้สามารถขยายขนาดได้อย่างง่ายดาย ซึ่งหมายความว่าสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีความสำคัญในการผลิตที่เก็บพลังงานสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ต้นทุน ต่ำ

ศาสตราจารย์มัตสึมิสรุปว่า "วิธีการของเราเป็นหนทางที่มีประสิทธิภาพสำหรับการพัฒนาวัสดุแอโนดที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ประหยัดพลังงาน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในการสร้างอนาคตที่ยั่งยืนและมีคาร์บอนต่ำ"

ที่มา: วารสาร Journal of Material Chemistry, https://www.innovationnewsnetwork.com/

ข่าวอื่นที่น่าสนใจ:

คนไทยไม่แพ้ใครในโลก!...สุดยอดนวัตกรรม เครื่องวัดระดับน้ำตาลชนิดพกพาแบบไม่ต้องเจาะเลือด
https://www.thaiquote.org/content/247811

รมว.แรงงาน เตรียมเสนอ ครม.ต้น ก.ย.ขึ้นค่าแรงขั้นต่ำ 5-8% หวังมีผลตั้งแต่ ต.ค. ม.หอการค้าหนุนปรับค่าแรงดันศก.เติบโต
https://www.thaiquote.org/content/247799

Rêver Automotive ลงทุนกว่า 3,000 ล้านบาท นำ BYD แบรนด์ระดับโลกรุกตลาดยานยนต์พลังงานใหม่ในไทย
https://www.thaiquote.org/content/247790