แบตเตอรีกระดาษ จุพลังงานไฟฟ้า หนาเพียง 200-300 ไมครอน

แบตเตอรีกระดาษ จุพลังงานไฟฟ้า หนาเพียง 200-300 ไมครอน

นักวิจัยได้เผยแพร่ผลงานกระดาษจุพลังงานไฟฟ้านี้ในวารสารวิชาการ Advanced Science แล้ว โดยเผยว่ากระดาษนี้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 เซนติเมตร หนาเพียง 200-300 ไมครอน(0.2-0.3 มิลลิเมตร)เท่านั้น สามารถเทียบได้อย่างนี้ 1,000 ไมครอนหรือไมโครเมตร เทียบเท่า  1 มิลลิเมตร โดยต้องใช้เครื่องมือวัดที่เรียกว่า ไมโครมิเตอร์ (Micrometer) วัดชิ้นงานได้ละเอียดถึงระดับไมครอน กระดาษจุพลังงานไฟฟ้านี้สามารถจุไฟฟ้าได้มากถึง 1 ฟารัด ซึ่งเทียบเท่ากับตัวเก็บประจุยิ่งยวด ที่ใช้กันในท้องตลาด วัสดุชนิดนี้สามารถนำมาชาร์จไฟใหม่ได้หลายร้อยครั้ง และแต่ละครั้งใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีเท่านั้น

แหล่งเก็บพลังงานไฟฟ้า มีได้หลายรูปแบบ ทั้งแบตเตอรีและตัวเก็บประจุ แต่วันหนึ่งเราอาจจะมีแบบที่บางๆ เป็นกระดาษก็เป็นได้ เมื่อล่าสุด นักวิจัยที่ศูนย์ปฏิบัติการวิจัยอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ มหาวิทยาลัยลินเชอปิง ในสวีเดน พัฒนากระดาษจุพลังงานไฟฟ้า หนาเพียง 200-300 ไมครอน(0.2-0.3 มิลลิเมตร)เท่านั้น เทียบขนาด 1 มิลลิเมตร = 1,000 ไมครอน ที่สามารถวัดได้จากเครื่องมือวัด ไมโครมิเตอร์ (Micrometer) วัดชิ้นงานได้ละเอียดถึงระดับไมครอน อันเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่มีความสามารถในการกักเก็บพลังงาน

โดยกระดาษชนิดนี้ทำมาจากนาโนเซลลูโลส และโพลิเมอร์นำไฟฟ้า วัสดุชนิดนี้ถือเป็นวัสดุในฝัน เพราะโลกเราจะเป็นต้องใช้พลังงานหมุนเวียนมากขึ้น แต่การจะใช้พลังงานหมุนเวียนนั้นจำเป็นต้องมีวิธีการใหม่ในการจัดเก็บพลังงาน เช่น เก็บจากฤดูร้อนให้อยู่ถึงฤดูหนาว เก็บจากวันที่ลมแรงให้มีพลังงานใช้ในวันที่ลมสงบ และเก็บจากวันที่มีแสงแดดให้ใช้ได้ในวันที่มีเมฆมาก ปกติเราก็มีฟิล์มที่มีหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุอยู่แล้ว แต่สิ่งที่เราทำคือ สร้างวัสดุแบบนี้ออกมาในรูปแบบสามมิติ เราสามารถสร้างออกมาเป็นแผ่นหนาๆได้" ศาสตราจารย์ ซาเวียร์ คริสปิง แห่งศูนย์ปฏิบัติการวิจัยอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ เผย

โดยงานนี้ยังได้รับความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยอื่นๆในสวีเดน เดนมาร์ก และสหรัฐอเมริกาอีกด้วย กระดาษเก็บพลังงานนี้อาจจะดูและสัมผัสคล้ายกับกระดาษพลาสติก นักวิจัยบางคนสามารถนำไปพับนกได้ ซึ่งบอกได้ว่ากระดาษนี้แข็งแกร่งมากเพียงใด โครงสร้างพื้นฐานของวัสดุชนิดนี้คือ นาโนเซลลูโลส ซึ่งเป็นเส้นใยเซลลูโลสอุดมไปด้วยน้ำที่ถูกทำให้แตกออกเป็นเส้นใยเล็กๆ และบางจนมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 20 นาโนเมตร นักวิจัยทำการเติมโพลิเมอร์นำไฟฟ้า (PEDOT:PSS) เข้าไปในสารละลายของเส้นใย และทำให้โพลิเมอร์เหล่านี้ก่อตัวเป็นชั้นเคลือบเส้นใยบางๆ เส้นใยที่ถูกเคลือบจะพันกัน โดยที่น้ำที่อยู่ระหว่างเส้นใยจะทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้า เจสเปอร์ เอดเบิร์ก นักศึกษาปริญญาเอกอธิบาย

วัสดุเซลลูโลส-โพลิเมอร์ชนิดใหม่นี้ทำลายสถิติโลกในการทำให้ไอออนและอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้พร้อมกัน ซึ่งเป็นการบอกว่าวัสดุนี้จุพลังงานได้มากเพียงใด นอกจากนี้ยังจะทำให้เกิดการต่อยอดเพื่อพัฒนาต่อเป็นวัสดุเก็บพลังงานสูงต่อไปได้ สถิติโลกที่วัสดุนี้สร้างไว้คือ เป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ที่เก็บประจุได้สูงสุดคือ 1 คูลอมป์ และ 2 ฟารัด เป็นตัวนำไฟฟ้าอินทรีย์ที่ให้กระแสสูงสุดที่ 1 แอมแปร์ สามารถนำไอออนและอิเล็กตรอนพร้อมกันได้สูงสุด

ความแตกต่างของวัสดุนี้กับแบตเตอรีหรือตัวเก็บประจุที่มีอยู่ในท้องตลาดคือ กระดาษเก็บไฟฟ้าเหล่านี้ถูกทำขึ้นจากวัสดุที่หาง่าย เป็นเซลลูโลสที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ และโพลิเมอร์ที่ใช้ก็หาได้ง่าย มีน้ำหนักเบา ไม่มีวัสดุอันตรายหรือโลหะหนัก แถมยังกันน้ำได้อีกด้วย และก้าวต่อไปคือการทำให้กระดาษเหล่านี้คายน้ำออกมาได้เมื่อนำไปทำกระดาษจริงๆ รวมถึงการต่อยอดให้สามารถผลิตได้มากๆในอุตสาหกรรม

Cr.วิชาการ