นักวิจัยจีนพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ชนิดใหม่ ช่วย ‘โดรน’ บินไกลกว่าเดิม

× กรุณาติดต่อทีมงานเพื่อดาวน์โหลดคลิป

ปักกิ่ง, 12 พ.ค. (ซินหัว) — เมื่อไม่นานนี้ ผลการศึกษาที่เผยแพร่ในวารสารเนเจอร์ (Nature) ระบุว่านักวิจัยจีนพัฒนาแนวทางใหม่ที่ช่วยยกระดับประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจช่วยให้โดรนสามารถบินได้ไกลมากขึ้นต่อการชาร์จหนึ่งครั้งในอนาคต รวมทั้งเปิดทางสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้นานขึ้นและมีกำลังสูงขึ้นสำหรับภาคส่วนการบินระดับต่ำและด้านอื่นๆ

ปัจจุบันโดรนทั่วไปส่วนใหญ่พึ่งพาแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนที่กำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดด้านความหนาแน่นของพลังงาน โดยความหนาแน่นของพลังงาน หรือปริมาณพลังงานที่จัดเก็บต่อหน่วยน้ำหนักนั้น มักต่ำกว่า 300 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม ทำให้โดรนยังเผชิญข้อจำกัดด้านระยะเวลาการบิน

แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ถูกมองว่าเป็นทางเลือกแห่งอนาคตเนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานในเชิงทฤษฎีสูง อีกทั้งซัลเฟอร์ยังเป็นธาตุที่มีอยู่มากและต้นทุนต่ำ ทว่าในทางปฏิบัติแบตเตอรี่ชนิดนี้ยังเผชิญอุปสรรคสำคัญ เนื่องจากซัลเฟอร์จะเกิดกระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนระหว่างการชาร์จและคายประจุ จนสร้างสารตัวกลางที่ละลายได้จำนวนมาก ซึ่งสารเหล่านี้มักกระจายตัวออกไป ส่งผลให้ปฏิกิริยาเคมีช้าลงและสูญเสียพลังงาน

ทีมวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัยชิงหัว บัณฑิตวิทยาลัยนานาชาติเซินเจิ้น (Tsinghua SIGS) ได้เสนอทางออกใหม่ในการนำสารตัวกลางมาใช้ในกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าของซัลเฟอร์

โจวกวางหมิ่น นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิงหัว บัณฑิตวิทยาลัยนานาชาติเซินเจิ้น กล่าวว่าสารนี้เปรียบเสมือนสารเติมแต่งพิเศษที่อยู่ภายในแบตเตอรี่จนกว่าจะถึงเวลาที่จำเป็น โดยจะเริ่มทำงาน ณ จุดที่เกิดปฏิกิริยาเมื่อปฏิกิริยาของซัลเฟอร์เริ่มต้นขึ้น ซึ่งโมเลกุลจะเข้าไปยึดเกาะกับสารตัวกลางที่ละลายน้ำได้และป้องกันไม่ให้พวกมันแพร่กระจายออกไป อีกทั้งยังช่วยให้ปฏิกิริยาไฟฟ้าเกิดได้รวดเร็วขึ้น ทำให้กระบวนการทั้งหมดราบรื่นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ทีมวิจัยได้ออกแบบโครงข่ายปฏิกิริยาใหม่ในระดับโมเลกุล ซึ่งช่วยลดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลงได้ถึงร้อยละ 75 เมื่อเทียบกับการออกแบบทั่วไป ผลการทดสอบพบว่าแบตเตอรี่รุ่นใหม่สามารถทำงานได้อย่างเสถียรตลอดรอบการชาร์จและคายประจุ 800 รอบ โดยยังรักษาความจุไว้ได้เกือบราวร้อยละ 82 และทีมวิจัยสามารถสร้างต้นแบบเซลล์แบตเตอรี่แบบถุงที่ใช้งานได้จริง ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงาน 549 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม หรือเกือบสองเท่าของแบตเตอรี่โดรนมาตรฐานส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

โจวกล่าวว่านวัตกรรมนี้มีความสำคัญต่อโดรนเนื่องจากค่าความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น หมายถึงระยะเวลาการบินที่นานขึ้น การรองรับน้ำหนักบรรทุกมากกว่าเดิม และพิสัยการปฏิบัติงานกว้างขึ้น ซึ่งจะช่วยให้โดรนส่งของสามารถบินไปส่งพัสดุได้ไกลกว่าเดิม โดรนตรวจสายส่งไฟฟ้าจะตรวจสอบเสาไฟฟ้าได้จำนวนมากขึ้นในคราวเดียว ขณะที่โดรนค้นหาและกู้ภัยจะสามารถบินปฏิบัติภารกิจได้นานขึ้นในช่วงเวลาวิกฤตที่ทุกนาทีมีความหมาย

ทีมวิจัยเชื่อว่ากลยุทธ์การออกแบบระดับโมเลกุลสามารถขยายผลไปยังสาขาอื่นๆ ได้อีกด้วย อาทิ แบตเตอรี่แบบไหล (Flow batteries) แบตเตอรี่ลิเธียม-โลหะ และแม้แต่กระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่โดยตรง