อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ในประเทศของเกาหลีมุ่งมั่นที่จะค้นหาวิธีการปฏิวัติเพื่อเพิ่มความจุของแบตเตอรี่โดยการแนะนำเทคโนโลยีใหม่หรือวัสดุแอโนดอื่น ๆ แต่ถ้าเรากำจัดวัสดุขั้วบวกทั้งหมดล่ะ?

อิเล็กโทรดถูกผลิตขึ้นโดยการเคลือบชั้นนำไฟฟ้าของไอออนที่ประกอบด้วยพอลิเอทิลีนอิมีนพอลิเมอร์ เงิน เกลือลิเธียม และคาร์บอนแบล็คบนพื้นผิวของตัวสะสมกระแสทองแดง พื้นผิวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าไอออนที่ประดิษฐ์ขึ้นด้วยวิธีนี้จะสามารถใช้งานแบตเตอรี่ได้โดยการรับและปล่อยลิเธียมไอออนอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างการชาร์จและการคายประจุ เครดิต: POSTECH

จำนวนรถยนต์ไฟฟ้าที่จดทะเบียนใหม่ (EV) ในเกาหลีมีมากกว่า 100,000 คันในปีที่แล้วเพียงอย่างเดียว นอร์เวย์เป็นประเทศเดียวที่ตรงกับตัวเลขดังกล่าว วัสดุหลักที่กำหนดอายุการใช้งานแบตเตอรี่และความเร็วในการชาร์จของ EV ที่เห็นได้ทั่วไปในปัจจุบันคือวัสดุแอโนด อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ในประเทศของเกาหลีมุ่งมั่นที่จะค้นหาวิธีการปฏิวัติเพื่อเพิ่มความจุของแบตเตอรี่โดยการแนะนำเทคโนโลยีใหม่หรือวัสดุแอโนดอื่น ๆ แต่ถ้าเรากำจัดวัสดุขั้วบวกทั้งหมดล่ะ?

ทีมวิจัยของ POSTECH นำโดยศาสตราจารย์ Soojin Park และ Ph.D. ผู้สมัคร Sungjin Cho (ภาควิชาเคมี) ร่วมกับศาสตราจารย์ Dong-Hwa Seo และ Dr. Dong Yeon Kim (โรงเรียนวิศวกรรมพลังงานและเคมี) ที่ Ulsan Institute of Science and Technology (UNIST) ได้พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมที่ปราศจากขั้วบวกด้วยประสิทธิภาพของ อายุการใช้งาน แบตเตอรี่ยาวนานด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียว

แบตเตอรี่ที่ปราศจากขั้วบวกที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้มีความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรที่ 977 Wh/L ซึ่งสูงกว่าแบตเตอรี่ทั่วไป 40% (700 Wh/L) ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่สามารถวิ่งได้ 630 กม. ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง

แบตเตอรี่มักจะเปลี่ยนโครงสร้างของวัสดุแอโนดเนื่องจากลิเธียมไอออนจะไหลเข้าและออกจากอิเล็กโทรดระหว่างการชาร์จและการคายประจุซ้ำๆ นี่คือสาเหตุที่ความจุของแบตเตอรี่ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

คิดว่าถ้าสามารถชาร์จและคายประจุได้เฉพาะกับตัวเก็บกระแสแอโนดเปล่าที่ไม่มีวัสดุแอโนดความหนาแน่นของพลังงาน —ซึ่งเป็นตัวกำหนดความจุของแบตเตอรี่—จะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีจุดอ่อนที่สำคัญซึ่งทำให้เกิดการบวมของปริมาณแอโนดอย่างมีนัยสำคัญ และลดวงจรชีวิตแบตเตอรี่ มันบวมขึ้นเพราะไม่มีที่เก็บลิเธียมในแอโนดที่เสถียร

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาแบตเตอรี่ที่ปราศจากแอโนดในอิเล็กโทรไลต์เหลวที่มีคาร์บอเนตเป็นพื้นฐานที่ใช้กันทั่วไปโดยการเพิ่มสารตั้งต้นที่นำไฟฟ้าด้วยไอออน ซับสเตรตไม่เพียงแต่สร้าง ชั้นป้องกันแอโนดเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการขยายตัวจำนวนมากของแอโนดด้วย

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่สามารถรักษาความจุสูง 4.2 mAh cm -2และความหนาแน่นกระแสสูง 2.1 mA cm -2เป็นเวลานานในอิเล็กโทรไลต์เหลวที่มีคาร์บอเนตเป็นส่วนประกอบ นอกจากนี้ยังได้รับการพิสูจน์ทั้งในทางทฤษฎีและจากการทดลองว่าสารตั้งต้นสามารถเก็บลิเธียมได้

นอกจากนี้ สิ่งที่ดึงดูดความสนใจมากขึ้นไปอีกก็คือ ทีมงานประสบความสำเร็จในการสาธิตครึ่งเซลล์โซลิดสเตตโดยใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งที่มีซัลไฟด์เป็นองค์ประกอบหลักจากอาร์ไจโรไดท์ เป็นที่คาดการณ์ว่าแบตเตอรี่นี้จะช่วยเร่งการจำหน่ายแบตเตอรี่ที่ไม่ระเบิดในเชิงพาณิชย์ เนื่องจากมีความจุสูงเป็นระยะเวลานาน

หมายเหตุ: แบตเตอรี่มี ขั้วบวก (อังกฤษ: anode) และ ขั้วลบ (อังกฤษ: cathode) ขั้วที่มีเครื่องหมายบวกจะมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าขั้วที่มีเครื่องหมายลบ ขั้วที่มีเครื่องหมายลบคือแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนที่เมื่อเชื่อมต่อกับวงจรภายนอกแล้วอิเล็กตรอนเหล่านี้จะไหลและส่งมอบพลังงานให้กับอุปกรณ์ภายนอก เมื่อแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับวงจรภายนอก สาร อิเล็กโทรไลต์ มีความสามารถที่จะเคลื่อนที่โดยทำตัวเป็นไอออน ยอมให้ปฏิกิริยาทางเคมีทำงานแล้วเสร็จในขั้วไฟฟ้าที่อยู่ห่างกัน เป็นการส่งมอบพลังงานให้กับวงจรภายนอก การเคลื่อนไหวของไอออนเหล่านั้นที่อยู่ในแบตเตอรี่ที่ทำให้เกิดกระแสไหลออกจากแบตเตอรี่เพื่อปฏิบัติงาน ในอดีตคำว่า "แบตเตอรี่" หมายถึงเฉพาะอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์ แต่การใช้งานได้มีการพัฒนาให้รวมถึงอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเซลล์เพียงเซลล์เดียว -วิกิพีเดีย-.

ข่าวอื่นที่น่าสนใจ

จุฬาฯ ผุด ผลิตภัณฑ์ชีวภาพ “จุลินทรีย์ขจัดคราบน้ำมันในทะเล” เทคโนโลยีสะอาดเพื่อสิ่งแวดล้อม
https://www.thaiquote.org/content/248372

วิจัยพบ “มหาสมุทรอาร์กติก” เป็นกรดเร็ว หลังน้ำแข็งละลายจากโลกร้อน
https://www.thaiquote.org/content/248367

ยักษ์ใหญ่ฟุตบอลตุรกีประหยัดเกือบ 15 ล้านบาทจากหลังคาพลังงานแสงอาทิตย์
https://www.thaiquote.org/content/248349