นักวิจัยซินโครตรอนเจ๋ง พัฒนา “แก้วกักเก็บพลังงานสะอาดแห่งอนาคต”

นักวิจัยซินโครตรอน พัฒนา “แก้วหน้าที่ขั้นสูงเพื่อการกักเก็บพลังงานสะอาดแห่งอนาคต” ทำขั้วไฟฟ้าแบตเตอรี่ นำสู่ต้นแบบแบตเตอรีแห่งอนาคตที่มีความปลอดภัย ราคาถูก และใช้งานอึดทนนาน เท่าทันเทรนด์โลก

ช่วงบ่าย วันที่ 23 พฤศจิกายน 2564 สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช) กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) จัดกิจกรรม”Research Expo Talk” ในงานมหกรรมงานวิจัยแห่งชาติ 2564 (Thailand

2021) ณ เวที Mini Stage ชั้น 22 ณโรงแรมเซ็นทาราแกรนด์ และบางกอกคอนเวนชันเซ็นเตอร์ เซ็นทรัลเวิลด์ กรุงเทพมหานคร  เปิดตัวนวัตกรรม “แก้วหน้าที่ขั้นสูงเพื่อการกักเก็บพลังงานสะอาดแห่งอนาคต” ของ ดร.พินิจ กิจขุนทด แห่ง สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ที่คว้ารางวัลการวิจัยแห่งชาติ ประจำปี 2564 รางวัลผลงานวิจัยมาครองได้สำเร็จ

ดร.พินิจ กิจขุนทด  หัวหน้าโครงการและผู้จัดการระบบลำเลียงแสง  สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) กล่าวว่า นวัตกรรม “แก้วหน้าที่ขั้นสูงเพื่อการกักเก็บพลังงานสะอาดแห่งอนาคต”  ได้รับแรงบันดาลใจมาจากพบว่า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลากหลายที่ใช้งานกันในปัจจุบัน เช่น โทรศัพท์มือถือ และเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ 

ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ใช้อุปกรณ์เหล่านี้ได้คือ อุปกรณ์กักเก็บพลังงานข้างในหรือแบตเตอรีที่ประสบปัญหาใช้งานได้ไม่นานแบตหมดเร็ว หรือเกิดการระเบิดขณะชาร์ทไฟดังที่ปรากฎตามข่าว ทำให้คิดว่าจะทำอย่างไรให้ได้แบตเตอรี่ที่ดีมีคุณภาพ 1. มีความปลอดภัยสูง  2.จะทำอย่างไรให้ชาร์จแล้วใช้ได้นาน มีความยืนยาว เก็บประจุไฟฟ้าได้มากขึ้น  

การเป็นนักวิทยาศาสตร์ด้านแสงซินโครตรอนที่ทำให้เข้าใจธรรมชาติของวัสดุทุกชนิดถึงระดับอะตอมและกลไกเพื่อทำให้วัสดุมีคุณสมบัติที่ดีตามต้องการ ผนวกกับมีสิ่งอำนวยความสะดวกในที่ทำงาน จึงเป็นที่มาของศึกษาวิจัย

และได้พบว่า แบตเตอรี่ โดยเฉพาะแบตเตอรีลิเธียมมีโครงสร้างไม่นิ่ง เกิดการเปลี่ยนแปลงขณะชาร์จไฟและขณะใช้งานเป็นผลจากมีโครงสร้างเก่าเป็นผลึก จึงต้องหาโครงสร้างที่ไม่เป็นผลึกมาใช้ ได้แก่ “แก้ว” เพราะมีโครงสร้างแบบไม่เป็นระเบียบและมีคุณสมบัติถ่ายโอนประจุไฟฟ้าได้ 

นอกจากนี้แก้วยังมีข้อดี คือ ราคาถูก ทนต่อการกัดกร่อนในสภาวะกรด ด่าง ได้ดี จึงเป็นข้อได้เปรียบ อีกทั้งทนความร้อนได้ดี จึงเกิดไอเดียว่า  แก้วน่าจะนำมาเป็นวัสดุขั้วแบตเตอรี่ได้ดี

ดร.พินิจ กล่าวต่อว่า เวลานี้ยังเป็นเทรนด์ของโลก สืบเนื่องจากการระเบิดของแบตเตอรี ที่เกิดจากใช้วัสดุทำขั้วเป็นผลึกและสารละลายเป็นของเหลวอิเล็กโตไลท์ การนำแก้วมาใช้เป็นวัสดุแทนจะช่วยตอบโจทย์ได้เป็นอย่างดี

นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันกำลังแข่งกันพัฒนาแบตเตอรีชนิดใหม่ที่เรียกว่า แบตเตอรีชนิดแข็ง (Solid-State Battery) ต่อไปแบตเตอรีรุ่นใหม่ๆ จะทำมาจากแก้วและไม่มีการใช้เหลว อาจจะนำไปใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า ได้

 จากนั้นจึงนำแก้วมาใช้ทำขั้วแบตเตอรีและมาประกอบเป็นเซลล์ เป็นต้นแบบแบตเตอรรีที่สามารถใช้งานได้จริง นอกจากนี้ยังวิจัยกระบวนการเตรียมแก้ว ที่มีการใช้แสงซินโครตรอนและมีการผสมธาตุเข้าไปเพื่อให้ได้แก้วมีคุณสมบัติดีสำหรับทำขั้วแบตเตอรี โดยได้ยื่นจดสิทธิบัตรกระบวนการผลิตแก้วเพื่อการกักเก็บพลังงานสะอาดแล้วจำนวน 10 เรื่อง ได้ที่ประกาศออกมาแล้วจำนวน 2 เรื่อง

ทั้งนี้จะมีการศึกษาต่อยอด และขยายศักยภาพสู่ระดับอุตสาหกรรมในอนาคต โดยขณะนี้กำลังมีการวิจัยเพิ่มเติม คาดว่าภายในปีหน้าจะขยายกำลังไฟฟ้าให้สามารถนำไปใช้ทำแบตเตอรีสำหรับรถจักรยานไฟฟ้าได้สำเร็จ 

ขณะเดียวกันการเป็นงานวิจัยที่อิงเทรนด์ของโลกนี้ ยังเป็นเรื่องของ Zero Waste ช่วยลดขยะ ช่วยลดภาวะโลกร้อน เพราะขวดแก้วต่าง ๆ จะสามารถนำหลอมและเติมธาตุต่าง ๆ ลงไปได้

ทั้งนี้การวิจัยเริ่มขึ้นในปี 2561 โดยทุนวิจัยเบื้องต้นจากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน และในปี 2564 นี้ได้ทุนสนับสนุนจาก หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคน และทุนด้านการพัฒนาสถาบันอุดมศึกษา การวิจัย และสร้างนวัตกรรม (บพค.)เพื่อพัฒนาแบตเตอรี่ใหม่ ๆ และกำลังขอทุนสนับสนุนเพิ่มจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ(วช.)ด้วย

ผลงานวิจัยนี้ได้รับรางวัล Gold Award งานมหกรรมงานวิจัยแห่งชาติปี 2563 และได้รับรางวัลการวิจัยแห่งชาติ ประจำปี 2564 ระดับดี   อนาคตชาวไทยจะได้ใช้นวัตกรรมแบตเตอรีรุ่นใหม่ที่เป็นฝีมือนักวิจัยไทย ที่มีราคาถูก สะอาด ปลอดภัยและใช้งานได้อึดทนนาน..