ภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

นักวิจัย มช. พัฒนาวัสดุคอมพอสิตเพื่อใช้เป็นขั้วไฟฟ้า รองรับเทคโนโลยีสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประสิทธิภาพสูง

นักวิจัย มช. พัฒนาวัสดุคอมพอสิตที่มีองค์ประกอบของซิลิการะดับนาโนจากแกลบข้าว เพื่อใช้เป็นขั้วไฟฟ้า รองรับเทคโนโลยีสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประสิทธิภาพสูง พร้อมต่อยอดสู่การใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้า

ทีมนักวิจัยภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ร่วมกับนักวิจัยมหาวิทยาลัยฟู่ตั้น สาธารณรัฐประชาชนจีน และมหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น ได้ศึกษาวิจัยการสังเคราะห์และพัฒนาวัสดุคอมพอสิตที่มีองค์ประกอบของซิลิการะดับนาโนจากแกลบข้าวกระจายตัวอยู่บนแผ่นรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ และมีโครงสร้างที่มีโครงร่างยืดหยุ่นของพอลิอนิลีนคลุมอยู่ เพื่อใช้เป็นขั้วไฟฟ้ารองรับเทคโนโลยีสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประสิทธิภาพสูง

วัสดุคอมพอสิตที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ ใช้กระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี ประกอบด้วยซิลิการะดับนาโนจากแกลบข้าว โดยซิลิการะดับนาโนนี้ถูกสังเคราะห์จากแกลบข้าวด้วยกระบวนการ Heat treatment และรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ ถูกสังเคราะห์ด้วยวิธีการปรับปรุงของฮัมเมอร์และตามด้วยกระบวนการบำบัดด้วยความร้อนตามลำดับ ในขั้นตอนสุดท้าย นาโนซิลิกาจากแกลบข้าวและรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ถูกนำมาคอมพอสิตกับพอลิอนิลีนด้วยกระบวนการเตรียมในวิธีพอลิเมอไรซ์มอนอเมอร์ที่มีสารตัวเติมผสมอยู่ (in-situ polymerization)

ผลลัพธ์ของงานวิจัยที่ได้พบว่า วัสดุคอมพอสิตแอโนดที่พัฒนาได้มีคุณสมบัติที่โดดเด่นมาก โดยพอลิอนิลีนเข้าไปปรับปรุงทั้ง ความจุทางไฟฟ้า การนำไฟฟ้า และเสถียรภาพของขั้วไฟฟ้าแอโนดที่มีพื้นฐานมาจากวัสดุคอมพอสิตนาโนซิลิกา-รีดิวซ์แกรฟีน ออกไซด์ โดยมีค่าความจุทางไฟฟ้าสูงสุดถึง 680 mAh/g ที่อัตราการอัดประจุ 400 mA/g ซึ่งสูงกว่าวัสดุแอโนดทางการค้าในปัจจุบัน (372 mAh g⁻¹)

อีกทั้งวัสดุดังกล่าวได้ผ่านการทดสอบรอบการใช้งานสูงถึง 500 รอบ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่อง วัสดุดังกล่าวมีความเป็นไปได้ว่าจะสามารถนำมาใช้เป็นวัสดุแอโนดในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ที่ให้ความหนาแน่นพลังงานสูงน้ำหนักเบา ชาร์จเร็ว มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ราคาประหยัดและปลอดภัย เหมาะสมสำหรับใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้าที่มีมากขึ้นในปัจจุบัน

ผลสัมฤทธิ์จากงานวิจัยดังกล่าวจึงเป็นอีกหนึ่งก้าวสำคัญในการต่อยอด เพื่อพัฒนาอุตสาหกรรมแหล่งกักเก็บพลังงานไฟฟ้าอีกทั้งเทคโนโลยี และนวัตกรรมด้านวัสดุที่มีรอบการใช้งานที่ยาวนาน สำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน เพิ่มโอกาสในการสร้างเครือข่ายงานวิจัยด้านแหล่งกักเก็บพลังงานระหว่างมหาวิทยาลัยเชียงใหม่และนานาชาติ อีกทั้งยังเป็นการเพิ่มการเป็นที่รู้จักและยอมรับในระดับนานาชาติของงานวิจัยในด้านแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ยิ่งไปกว่านั้นงานวิจัยยังส่งผลไปถึงด้านสิ่งแวดล้อมที่สามารถลดปริมาณเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรได้ สามารถยกระดับขีดความสามารถในการแข่งขั้นในระดับประเทศ และส่งเสริมอุตสาหกรรมใหม่ตามยุทธศาสตร์ของประเทศไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ ซึ่งมีความจำเป็นที่จะต้องพึ่งพาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อก้าวข้ามอุปสรรคใหญ่และสร้างความเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าอย่างแพร่หลายทั่วโลกในอนาคตอันใกล้ ผลสัมฤทธิ์ดังกล่าวยังตอบสนองต่อโจทย์ SDG7: Affordable and Clean Energy ซึ่งเป็น 1 ใน SDGs ที่ทางมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ได้กำหนดทิศทางการดำเนินงานหลักในการมุ่งสู่เป้าหมายของการพัฒนาอย่างยั่งยืน

งานวิจัยถูกตีพิมพ์ในวารสารชั้นนำ RSC Advances ในปี 2022

(Q2 ISI/Scopus, Impact Factor 4.036)

DOI: 10.1039/d2ra00526c

อ่านงานวิจัยได้ที่ https://l.facebook.com/l.php?u=https%3A%2F%2Fpubs.rsc.org%2Fen%2Fcontent%2Farticlelanding%2F2022%2Fra%2Fd2ra00526c%3Ffbclid%3DIwAR1zjqUt-5U6rCS44b5wkqhyRoF5QPGnHdgnsLy03zEI_vxciIB6TV8pEm0&h=AT3UI3YZSCymXQBwRHOm9thlJoXc_pj9NZH2FHG3tfVHuCf6Oc2zf5HtriLqX0AdRriymr1nzhT1Bxu6ag-Z3JRcbugydMk7MpG1P_Xhau5ctH1arEdyFDcM5tAXInGZ2IOojeJPuPKJc-DKTsXI&__tn__=-UK*F&c[0]=AT0gs8RApBu8K-a1pCWEV-KJAN2m9Ji0MAE3F3AhZpm4pGMv_zPxgY16A5h72F9l1dXcJq3zH_aEZVFStuUjTVTWSfjtHqQ76uuhZ8qStAsCHsev3nQSepHtKmyATpR5zpw9ueloisiTqoTc_UOgVCxN1s20AAxHAGGw5VW0sn_aeMm1Rkl8Wck4TnHzZ36ABT4cSkXA3u3vb0jhtm4EZgQ94lGQOxEJVLpb