นักวิทย์จีนพัฒนาแบตเตอรี่อีวีความจุเพิ่มสองเท่า เปิดทางชาร์จครั้งเดียววิ่งได้เกินพันกิโลเมตร
นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้พัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่มีแนวโน้มดี ซึ่งจะช่วยเพิ่มระยะทางการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมาก และยังทำให้แบตเตอรี่ทำงานได้อย่างเสถียรมากขึ้นแม้อยู่ในสภาพอากาศหนาวจัด
ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมซึ่งเป็นชิ้นส่วนสำคัญในสมาร์ทโฟนและรถยนต์ไฟฟ้ากำลังเข้าใกล้เพดานความหนาแน่นของพลังงาน ซึ่งจำกัดขอบเขตในการปรับปรุงประสิทธิภาพ โดยแบตเตอรี่แบบเหลวทั่วไปอย่างลิเธียมไอรอนฟอสเฟตและเทอร์นารีลิเธียมเข้าใกล้ขีดจำกัดทางทฤษฎีที่ประมาณ 350 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมแล้ว ทำให้หลายบริษัทเริ่มหันไปมุ่งเน้นการพัฒนาแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตรุ่นต่อไปแทน
แต่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยหนานไคและสถาบันวิจัยแหล่งพลังงานอวกาศเซี่ยงไฮ้กลับสามารถขยายขีดจำกัดของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเหลวเดิมออกไปได้อีก
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อวันพุธ (25 ก.พ.) ระบุว่า ทีมวิจัยได้พัฒนาสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานในแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเหลวให้สูงถึง 700 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมจากการทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการ
สถานีโทรทัศน์ CCTV ของรัฐบาลจีนรายงานเมื่อวันพฤหัสบดี (26 ก.พ.)ว่า ความก้าวหน้าครั้งนี้สามารถเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีอยู่เดิมได้ถึงสองเท่า โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มขนาดหรือน้ำหนักของตัวแบตเตอรี่
เฉิน จุน (Chen Jun) หัวหน้านักวิจัยจากมหาวิทยาลัยหนานไคให้สัมภาษณ์กับ CCTV ว่า “แบตเตอรี่ของเรามีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปถึงสองเท่า รถยนต์ไฟฟ้าที่มีระยะทางวิ่ง 500 กิโลเมตรในปัจจุบัน จะสามารถวิ่งได้ไกลกว่า 1,000 กิโลเมตร (600 ไมล์) ต่อการชาร์จเพียงครั้งเดียว”
งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนา ‘สารอิเล็กโทรไลต์’ ชนิดใหม่ ซึ่งทำหน้าที่เสมือนทางด่วนให้ไอออนเดินทางไปมาระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ โดยปกติแล้วแบตเตอรี่ลิเธียมเชิงพาณิชย์จะใช้อิเล็กโทรไลต์ที่ทำจากเกลือลิเธียมและตัวทำละลายคาร์บอเนต
ส่วนผสมดังกล่าวจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ช่วยละลายเกลือลิเธียม ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้แบตเตอรี่สร้างกระแสไฟฟ้าได้ แต่มันกลับทำให้การเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนช้าลง ส่งผลให้ยากต่อการเพิ่มพลังงานและทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมากเมื่ออยู่ในอุณหภูมิต่ำ
ทีมงานแก้ปัญหานี้ด้วยการนำธาตุ ‘ฟลูออรีน’ มาใช้แทนออกซิเจน เนื่องจากฟลูออรีนเป็นธาตุใกล้เคียงในตารางธาตุที่มีแรงดึงดูดลิเธียมไอออนน้อยกว่า จึงช่วยให้ไอออนสามารถถ่ายโอนประจุไฟฟ้าได้รวดเร็วยิ่งขึ้น
จ้าว ชิง (Zhao Qing) ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยหนานไคและผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวว่า “อิเล็กโทรไลต์จำเป็นต้องปล่อยไอออนและถ่ายโอนประจุอย่างรวดเร็ว ซึ่งสองสิ่งนี้มักจะขัดแย้งกัน แรงดึงดูดที่อ่อนกว่าของฟลูออรีนช่วยแก้ปัญหานี้และเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้”
เขากล่าวเสริมว่าทีมวิจัยสามารถแก้ปัญหาสำคัญอย่างการทำให้สารประกอบฟลูออรีนละลายเกลือลิเธียมได้ โดยสร้างโมเลกุลฟลูออรีนชนิดใหม่และปรับจูนโครงสร้างอย่างละเอียดเพื่อลดปริมาณอิเล็กโทรไลต์ที่ต้องใช้ลง แต่ยังคงทำให้ไอออนเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็วเช่นเดิม
แม้การศึกษาจะไม่ได้ระบุถึงคุณลักษณะด้านความปลอดภัยโดยตรง แต่อิเล็กโทรไลต์ชนิดนี้ก็ช่วยยับยั้งการเติบโตของ ‘เดนไดรต์’ หรือผลึกขนาดเล็กจิ๋วบนขั้วไฟฟ้าที่มักจะเป็นต้นเหตุของการเกิดไฟฟ้าลัดวงจรในแบตเตอรี่ได้
ปฏิกิริยาที่อ่อนแอระหว่างฟลูออรีนและลิเธียมไอออนยังช่วยให้แบตเตอรี่สามารถชาร์จและจ่ายพลังงานได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน แต่ยังช่วยรักษาประสิทธิภาพในสภาพอากาศหนาวเย็นจัดได้อีกด้วย
เฉินอธิบายเพิ่มเติมว่าแบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไปอาจสูญเสียความจุไปถึงสองในสามเมื่ออยู่ในอุณหภูมิจุดเยือกแข็ง แต่แบตเตอรี่ใหม่นี้ยังคงรักษาพลังงานไว้ได้เกือบ 400 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม แม้จะอยู่ในอุณหภูมิติดลบ 50 องศาเซลเซียสก็ตาม
“สิ่งนี้เปิดโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวาง ไม่เพียงแค่เพิ่มระยะทางให้รถยนต์ไฟฟ้า แต่ยังรวมถึงการให้พลังงานแก่โดรนในพื้นที่หนาวเหน็บและระดับความสูงมากๆ ตลอดจนสนับสนุนภารกิจอวกาศอย่างการสำรวจดวงจันทร์” เฉินกล่าวทิ้งท้าย
ความสำเร็จนี้สอดคล้องกับนโยบายริเริ่ม Made in China 2025 ที่ตั้งเป้าพัฒนาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าให้มีความหนาแน่นเกิน 400 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมภายในปี 2025 ซึ่งก่อนหน้านี้ทำได้แค่ในเครื่องต้นแบบ และตั้งเป้าให้ทะลุ 500 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมภายในปี 2030
ภาพ : Erman Gunes / Shutterstock
อ้างอิง: