หน้าแรก arrow บริการวิชาการ arrow ข่าววิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี arrow ข่าววิทยาศาสตร์ : แบตเตอรี่กระดาษ
ข่าววิทยาศาสตร์ : แบตเตอรี่กระดาษ
ระดับผู้ใช้: / 9
ต้องปรับปรุงดีมาก 

แปลและเรียบเรียงโดย

อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

นักวิทยาศาสตร์ของ Stanford University ใช้ประโยชน์จากนาโนเทคโนโลยีเปลี่ยนกระดาษสีขาวที่ใช้ทั่วไปในสำนักงานให้เป็นแบตเตอรี่ที่สามารถเก็บประจุได้ดี มีน้ำหนักเบา โค้งงอได้ และมีราคาถูกได้สำเร็จ

ทีมนักวิจัยจาก Stanford University นำโดย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. ยี ซุย (Assistant Professor Dr. Yi Cui) ได้เปลี่ยนกระดาษจากที่เคยใช้ในการเก็บบันทึกเรื่องราว และถ่ายทอดความรู้ต่างๆ นั้น ให้เป็นแบตเตอรี่ด้วยวิธีการง่ายๆ โดยเคลือบกระดาษด้วยหมึกสีดำที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังเดี่ยว (single-walled carbon nanotube, CNT) ส่วนขั้วแคโทดและแอโนดทำจากสเลอร์รี (slurry) ของแท่งนาโนลิเทียมแมงกานีสออกไซด์ (LiMn2O4) และผงนาโนลิเทียมไทเทเนียมออกไซด์ (Li4Ti5O12) หรือลวดนาโนซึ่งมีคาร์บอนเป็นแกนกลางและมีซิลิคอนหุ้มชั้นนอก (C/Si core/shell NW) ตามลำดับ จากนั้นจึงนำแบตเตอรี่นี้ไปจุ่มในสารละลายลิเทียมเฮกซะฟลูออโรฟอสเฟส (LiPF6) ซึ่งเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพื่อเชื่อมอิเล็กโทรดและหุ้มปิด

 

ภาพที่ 1 องค์ประกอบของแบตเตอรี่กระดาษ (ซ้าย) และแบตเตอรี่กระดาษขนาด 5 ตารางเซนติเมตร (LiMn2O4 เป็นแคโทด และ C/Si core/shell NW เป็นแอโนด) ที่ทำให้หลอด LED สีน้ำเงินติด (ขวา)

ซุยกล่าวว่า “ท่อนาโนคาร์บอนชนิดผนังเดี่ยวนี้มีโครงสร้างเป็น 1 มิติ และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมาก จึงทำให้หมึกสามารถยึดเกาะกับเส้นใยของกระดาษได้ดี เมื่อนำไปทำแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุพิเศษ (supercapacitor) จึงมีความทนทานมาก ตัวเก็บประจุพิเศษชนิดกระดาษสามารถอัดประจุและปล่อยประจุได้ถึง 40,000 รอบ หรืออย่างน้อยที่สุดก็มากกว่าลิเทียมแบตเตอรี่ประมาณ 10 เท่า นอกจากนี้ แบตเตอรี่ที่ทำจากกระดาษยังสามารถพับงอ ม้วน หรือแช่ในสารละลายกรดหรือด่างได้โดยที่ไม่ทำให้ประสิทธิภาพแย่ลง”

ก่อนหน้านี้ซุยเคยสร้างอุปกรณ์เก็บพลังงานจากวัสดุนาโนโดยใช้พลาสติกและแก้ว แต่เมื่อเทียบกับกระดาษแล้วพบว่า ขั้นตอนการทำบนกระดาษจะง่ายกว่ามาก เหตุผลแรกคือ การทำบนกระดาษไม่จำเป็นต้องเข้มงวดในเรื่องสมบัติการไหล (rheology) ของน้ำหมึกมากนัก ในขณะที่การทำบนพลาสติกและแก้วจะต้องปรับสมบัติและความหนืดของน้ำหมึกให้พอเหมาะ ซึ่งจะต้องเติมสารเติมแต่งเข้าไป แต่การเติมสารนี้จะทำให้สมบัติการนำไฟฟ้าลดลง และอีกเหตุผลหนึ่งคือ การทำบนกระดาษไม่จำเป็นต้องทำขั้นตอนการล้างด้วยสารลดแรงตึงผิว เพื่อเพิ่มสมบัติการนำไฟฟ้าเช่นเดียวกับการทำบนแก้วและพลาสติก ดังนั้นค่าความต้านทานของ CNT บนกระดาษจึงไม่เปลี่ยนแปลง (ภาพที่ 2A) และเมื่อสังเกตลักษณะฟิล์มของ CNT ที่เคลือบบนพลาสติกภายหลังขั้นตอนการล้างจะพบว่าฟิล์มหลุดลอก (ภาพที่ 2B)

 

ภาพที่ 2 แสดงค่าความต้านทานของ CNT ที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่ออยู่บนพลาสติก (PET) และกระดาษก่อนและหลังการล้าง (A) และลักษณะฟิล์มก่อนและหลังการล้าง (B)

แบตเตอรี่กระดาษนี้สามารถเก็บพลังงานและมีวัฏจักรชีวิตของการประจุไฟได้ดีเท่ากับแบตเตอรี่แบบเดิม และจากการทดลองพบว่าการนำกระดาษท่อนาโนคาร์บอนมารวมเข้ากับแบตเตอรี่ชนิดประจุไฟได้แบบเดิมจะสามารถลดน้ำหนักได้มากถึงร้อยละ 20 เลยทีเดียว ซึ่งเหมาะจะนำไปใช้ในรถไฟฟ้าหรือรถไฮบริด นอกจากนี้ ยังช่วยยืดอายุการใช้งานโทรศัพท์มือถือ เครื่องคอมพิวเตอร์พกพา หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาอื่นๆ ได้อีกด้วย

อุปสรรคที่สำคัญของงานนี้คือ ราคาของ CNT ที่ค่อนข้างสูง แต่หากมีการเพิ่มปริมาณการผลิต ราคาก็จะลดลง อย่างไรก็ดี มีความเป็นไปได้ที่จะใช้วัสดุนาโนชนิดอื่นที่มีราคาถูกกว่า เช่น กราฟีน (graphene) ในงานนี้

 

แหล่งข่าวและรูปภาพ

 
แก้ไขล่าสุดเมื่อ ( 04 May 2010 )
< บทความก่อนหน้า   บทความถัดไป >