นักวิจัย มช. พัฒนาวัสดุคอมพอสิตที่มีองค์ประกอบของซิลิการะดับนาโนจากแกลบข้าว เพื่อใช้เป็นขั้วไฟฟ้า รองรับเทคโนโลยีสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประสิทธิภาพสูง
พร้อมต่อยอดสู่การใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้า
ทีมนักวิจัยภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์
มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ร่วมกับนักวิจัยมหาวิทยาลัยฟู่ตั้น สาธารณรัฐประชาชนจีน และมหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น ได้ศึกษาวิจัยการสังเคราะห์และพัฒนาวัสดุคอมพอสิตที่มีองค์ประกอบของซิลิการะดับนาโนจากแกลบข้าวกระจายตัวอยู่บนแผ่นรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ และมีโครงสร้างที่มีโครงร่างยืดหยุ่นของพอลิอนิลีนคลุมอยู่ เพื่อใช้เป็นขั้วไฟฟ้ารองรับเทคโนโลยีสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประสิทธิภาพสูง (Rice husk-derived nano-SiO2 assembled on reduced graphene oxide distributed on conductive flexible polyaniline frameworks towards high-performance lithium-ion batteries)
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
(Q1 Scopus, Impact Factor 4.036)
DOI: 10.1039/d2ra00526c
อ่านงานวิจัยได้ที่ https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ra/d2ra00526c
ทีมวิจัย
นักวิจัย Advanced Battey Research unit จากห้องปฏิบัติการ Renewable Energy Laboratory ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ นำโดย รศ.ดร.ฐปนีย์ สารครศรี, นางสาวณัฐกาญจน์ รัศมีธรรมจักร์ (นักศึกษาระดับปริญญาเอก), ดร.ธนภัทร อัฐวงค์, ศ.ดร.ธรณินทร์ ไชยเรืองศรี ร่วมมือกับ มหาวิทยาลัยฟู่ตั้น สาธารณรัฐประชาชนจีน นำโดย Prof. Dr. Ai-shui Yu ในการให้คำปรึกษาในด้านการศึกษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมีของแบตเตอรี่ และมหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น นำโดย Prof. Dr. Hiroki Kurata เพื่อศึกษาสมบัติทางสัญฐานวิทยาอย่างละเอียดของวัสดุที่สังเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเลกตรอนขั้นสูง