Play
แสงซินโครตรอน ไขความลับ!แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมยุคใหม่ ล้ำกว่าเดิม
[caption id="attachment_45773" align="aligncenter" width="454"]
ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง[/caption]
รายงานข่าวจากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) เผยว่า แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออน เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้าที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า รวมถึงสามารถใช้กักเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ลม แสงแดด เป็นต้น ส่วนประกอบหลักที่สำคัญที่สุดในแบตเตอรี่ชนิดนี้ คือ วัสดุที่ใช้ทำขั้วไฟฟ้าแคโทด (ในวงการแบตเตอรี่ เรียกขั้วไฟฟ้านี้ว่า ขั้วบวก)
ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิยาลัยขอนแก่น หัวหน้าทีมวิจัย เปิดเผยว่า วัสดุที่ได้รับความสนใจและมีแนวโน้มที่จะถูกใช้ในทางอุตสาหกรรมเพื่อผลิตเป็นขั้วไฟฟ้าแคโทด ในแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนสูงขึ้นเรื่อยๆ คือ วัสดุโอลิวีน (LiMPO4 โดยที่ M คือ Fe, Mn, Co เป็นต้น ซึ่งหมายถึง เหล็ก แมงกานีส และโคบอลท์ ตามลำดับ) คุณสมบัติที่โดดเด่นของวัสดุโอลิวีน โดยเฉพาะ LiFePO4 คือ สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่มีราคาถูกกว่าวัสดุเดิม (LiCoO2) ถึง 4 เท่า มีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสูง มีความเป็นพิษต่ำ มีความเสถียรสูง และมีความปลอดภัยสูง จึงเหมาะกับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าและกักเก็บพลังงานหมุนเวียน ซึ่งจำเป็นต้องใช้วัสดุในปริมาณมากๆ อย่างไรก็ดีวัสดุชนิดนี้ มีพฤติกรรมการเปลี่ยนเฟสขณะใช้งานที่ซับซ้อน และขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ระยะเวลาในการอัดและคายพลังงาน อัตรากระแสไฟฟ้าที่ใช้ และขนาดอนุภาคของวัสดุ เป็นต้น
“ในการทำการทดลองที่สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ณ ระบบลำเลียงแสงที่ 2.2 ในครั้งนี้ ทีมงานของสถาบันฯ และศูนย์วิจัยนาโนเทคโนโลยีบูรณาการ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ได้ใช้แสงซินโครตรอนศึกษาการเปลี่ยนแปลงเฟสของวัสดุโอลิวีนในขณะที่ทำการอัดและคายประจุ ภายใต้สภาวะการใช้งานจริงต่างๆของแบตเตอรี่ พบว่า วัสดุโอลิวีนขนาด 40-50 นาโนเมตร มีการเปลี่ยนแปลงเฟสที่ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วในการอัดและคายประจุ โดยวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง จะมีการเปลี่ยนเฟสที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโครงสร้างกึ่งเสถียร (Metastable) ที่สามารถเปลี่ยนเฟสต่อไปเป็นโครงสร้างผลึกที่เสถียรยิ่งขึ้นได้ โดยความรู้ที่ได้จะมีประโยชน์ต่อการออกแบบการใช้งานวัสดุโอลิวีนและวัสดุสำหรับทำขั้วไฟฟ้าชนิดอื่นที่มีพฤติกรรมลักษณะเดียวกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีระยะเวลาในการใช้งานที่ยาวนาน และคุ้มค่าต่อการลงทุน” ผศ.ดร.นงลักษณ์ กล่าวในตอนท้าย
ผลงานวิจัยนี้ ได้รับพิจารณาให้ตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติ ที่มีค่าผลกระทบ (Impact Factor = 16.146) สูง โดยเป็นผลงานที่ทำในประเทศไทยทั้งหมด โดยอาศัยแสงซินโครตรอน ณ ห้องปฏิบัติการแสงสยาม จ.นครราชสีมา นอกจากนี้ทีมวิจัย ยังได้รับคัดเลือกให้ออกแบบหน้าปกหลังของวารสาร Advanced Energy Materials ฉบับเดือนสิงหาคม 2558 ที่ตีพิมพ์ผลงานวิจัยนี้อีกด้วย โดยได้รับความอนุเคราะห์ออกแบบจาก ดร.ธีระพงษ์ พวงมะลิ และ คุณสุชาติ เทพภูเขียว คณะวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยขอนแก่น จากผลงานในครั้งนี้ ส่งผลให้ ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง หัวหน้าทีมวิจัย ได้รับโล่พระราชทานนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ ประจำปี 2558 จากสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี อีกทั้งยังได้รับคัดเลือกให้รับรางวัลผู้ใช้แสงซินโครตรอนดีเด่น ภาควิชาการ ประจำปี 2558 จาก รศ.ดร. วีระพงษ์ แพสุวรรณ ปลัดกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ณ อิมแพ็คอารีน่า เมืองทองธานี เมื่อวันที่ 26 กุมภาพันธ์ 2559 ที่ผ่านมา
รายงานข่าวจากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) เผยว่า แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออน เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้าที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า รวมถึงสามารถใช้กักเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ลม แสงแดด เป็นต้น ส่วนประกอบหลักที่สำคัญที่สุดในแบตเตอรี่ชนิดนี้ คือ วัสดุที่ใช้ทำขั้วไฟฟ้าแคโทด (ในวงการแบตเตอรี่ เรียกขั้วไฟฟ้านี้ว่า ขั้วบวก)
ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิยาลัยขอนแก่น หัวหน้าทีมวิจัย เปิดเผยว่า วัสดุที่ได้รับความสนใจและมีแนวโน้มที่จะถูกใช้ในทางอุตสาหกรรมเพื่อผลิตเป็นขั้วไฟฟ้าแคโทด ในแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนสูงขึ้นเรื่อยๆ คือ วัสดุโอลิวีน (LiMPO4 โดยที่ M คือ Fe, Mn, Co เป็นต้น ซึ่งหมายถึง เหล็ก แมงกานีส และโคบอลท์ ตามลำดับ) คุณสมบัติที่โดดเด่นของวัสดุโอลิวีน โดยเฉพาะ LiFePO4 คือ สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่มีราคาถูกกว่าวัสดุเดิม (LiCoO2) ถึง 4 เท่า มีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสูง มีความเป็นพิษต่ำ มีความเสถียรสูง และมีความปลอดภัยสูง จึงเหมาะกับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าและกักเก็บพลังงานหมุนเวียน ซึ่งจำเป็นต้องใช้วัสดุในปริมาณมากๆ อย่างไรก็ดีวัสดุชนิดนี้ มีพฤติกรรมการเปลี่ยนเฟสขณะใช้งานที่ซับซ้อน และขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ระยะเวลาในการอัดและคายพลังงาน อัตรากระแสไฟฟ้าที่ใช้ และขนาดอนุภาคของวัสดุ เป็นต้น
“ในการทำการทดลองที่สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ณ ระบบลำเลียงแสงที่ 2.2 ในครั้งนี้ ทีมงานของสถาบันฯ และศูนย์วิจัยนาโนเทคโนโลยีบูรณาการ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ได้ใช้แสงซินโครตรอนศึกษาการเปลี่ยนแปลงเฟสของวัสดุโอลิวีนในขณะที่ทำการอัดและคายประจุ ภายใต้สภาวะการใช้งานจริงต่างๆของแบตเตอรี่ พบว่า วัสดุโอลิวีนขนาด 40-50 นาโนเมตร มีการเปลี่ยนแปลงเฟสที่ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วในการอัดและคายประจุ โดยวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง จะมีการเปลี่ยนเฟสที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโครงสร้างกึ่งเสถียร (Metastable) ที่สามารถเปลี่ยนเฟสต่อไปเป็นโครงสร้างผลึกที่เสถียรยิ่งขึ้นได้ โดยความรู้ที่ได้จะมีประโยชน์ต่อการออกแบบการใช้งานวัสดุโอลิวีนและวัสดุสำหรับทำขั้วไฟฟ้าชนิดอื่นที่มีพฤติกรรมลักษณะเดียวกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีระยะเวลาในการใช้งานที่ยาวนาน และคุ้มค่าต่อการลงทุน” ผศ.ดร.นงลักษณ์ กล่าวในตอนท้าย
ผลงานวิจัยนี้ ได้รับพิจารณาให้ตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติ ที่มีค่าผลกระทบ (Impact Factor = 16.146) สูง โดยเป็นผลงานที่ทำในประเทศไทยทั้งหมด โดยอาศัยแสงซินโครตรอน ณ ห้องปฏิบัติการแสงสยาม จ.นครราชสีมา นอกจากนี้ทีมวิจัย ยังได้รับคัดเลือกให้ออกแบบหน้าปกหลังของวารสาร Advanced Energy Materials ฉบับเดือนสิงหาคม 2558 ที่ตีพิมพ์ผลงานวิจัยนี้อีกด้วย โดยได้รับความอนุเคราะห์ออกแบบจาก ดร.ธีระพงษ์ พวงมะลิ และ คุณสุชาติ เทพภูเขียว คณะวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยขอนแก่น จากผลงานในครั้งนี้ ส่งผลให้ ผศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง หัวหน้าทีมวิจัย ได้รับโล่พระราชทานนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ ประจำปี 2558 จากสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี อีกทั้งยังได้รับคัดเลือกให้รับรางวัลผู้ใช้แสงซินโครตรอนดีเด่น ภาควิชาการ ประจำปี 2558 จาก รศ.ดร. วีระพงษ์ แพสุวรรณ ปลัดกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ณ อิมแพ็คอารีน่า เมืองทองธานี เมื่อวันที่ 26 กุมภาพันธ์ 2559 ที่ผ่านมา