งานวิจัยใหม่เอา Kevlar มาใส่ในแบตเตอรี่ ไม่เพียงป้องกันปัญหาแบตเตอรี่ระเบิดเพราะการลัดวงจร แต่ยังทำให้สามารถออกแบบแบตเตอรี่ได้บางกว่าเดิมอีกต่างหาก
คงจะเคยได้ยินข่าวแบตเตอรี่ Li-ion ในมือถือระเบิดหรือลุกเป็นไฟกันบ้างใช่มั้ย? ไม่ใช่แค่ยี่ห้อเดียว แต่มีหลายรุ่นหลายค่ายเลย ขนาดแบตเตอรี่บนเครื่องบิน ฺBoeing 787 ซึ่งเป็นแบบ Li-ion เหมือนกันก็ยังเคยทำไฟไหม้จนเครื่องรุ่นดังกล่าวต้องลงจอดฉุกเฉินกันมาหลายครั้ง แต่ตอนนี้มีนักวิจัยจาก University of Michigan ได้คิดค้นแก้ปัญหานี้โดยใช้ความรู้ด้านวัสดุศาสตร์มาแก้ปัญหาได้แล้ว ซึ่งวิธีที่พวกเขาใช้ก็คือการเอา Kevlar มาใส่ในแบตเตอรี่ Li-ion นั่นเอง
ด้านในของเสื้อกันกระสุนที่ทำมาจาก Kevlar
Kevlar เป็นวัสดุสังเคราะห์ซึ่งรู้กันโดยมากในเรื่องคุณสมบัติความเหนียวทนทาน (อย่างที่ใช้ทำเป็นเสื้อกันกระสุนนั่นไง) ทั้งยังไม่ลุกติดไฟ แถมยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนทางไฟฟ้าด้วย ทีมวิจัยก็ได้เลือกเอา Kevlar มาใช้เพื่อสร้างแบตเตอรี่ที่ป้องกันการระเบิดหรือลุกไหม้ได้ หากแต่ไม่ใช่การเอา Kevlar มาหุ้มแบตเตอรี่เพื่อป้องกันแรงระเบิดหรือเปลวไฟภายนอก ทว่าเป็นการนำเอาแผ่น Kevlar หลายแผ่นมาซ้อนทับกันแล้วนำไปใส่ไว้ด้านในทำหน้าที่เป็นแผ่นกั้นกลางระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองของแบตเตอรี่ซึ่งจะป้องกันการลัดวงจรอันเป็นสาเหตุของการระเบิดและลุกไหม้ได้อย่างเด็ดขาด
เหตุผลที่แผ่น Kevlar สามารถป้องกันการลัดวงจรภายในแบตเตอรี่ได้นั้น ต้องอธิบายกันก่อนว่าเมื่อมีการใช้งานแบตเตอรี่ Li-ion ไปนานเข้า จะเกิดการสะสมของอนุภาคโลหะที่ใช้ทำเป็นขั้วไฟฟ้าก่อตัวขึ้นเป็นโครงสร้างรูปร่างคล้ายเฟิร์น ซึ่งเรียกกันว่า dendrite โดยเจ้า dendrite นี้จะก่อตัวแทรกซึมผ่านเข้าไปในชั้นวัสดุกั้นกลางที่ทำหน้าที่เป็นฉนวน นานวันเข้า dendrite ก็จะก่อตัวจนแทรกทะลุแผ่นฉนวนที่ว่าได้ ทำให้เกิดการลัดวงจรภายในตัวแบตเตอรี่นำมาซึ่งความร้อนและพลังงานสูงจนระเบิดและติดไฟในที่สุด ซึ่งแผ่น Kevlar ที่เหล่านักวิจัยนำมาใช้นั้นมีขนาดรูระหว่างเส้นใยเล็กมากราว 15-20 นาโนเมตรเท่านั้น เล็กเกินกว่าที่โครงสร้างอนุภาคโลหะซึ่งมีขนาด 20-50 นาโนเมตรจะแทรกผ่านไปได้ (ในขณะที่วัสดุฉนวนภายในแบตเตอรี่ที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันมีรูขนาดหลายร้อยนาโนเมตร ซึ่งเอาไม่อยู่)
ภาพถ่าย dendrite ของอนุภาคทองแดงและลิเทียมที่ส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
ไม่เพียงแต่จะช่วยป้องกันการระเบิดได้ แต่งานวิจัยใช้ Kevlar เป็นแผ่นกั้นขั้วไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ยังเปิดโอกาสให้สามารถออกแบบแบตเตอรี่ให้บางลงได้ด้วย เพราะแผ่น Kevlar ที่ถูกนำมาใช้นั้นสามารถทนค่าสนามไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุแบบเดิมๆ เรียกว่าใช้ Kevlar แผ่นบางกว่าก็ดีเท่ากับวัสดุแบบเดิมที่หนาๆ แล้ว ข้อดีตรงนี้ทำให้อนาคตเราจะได้เห็นแบตเตอรี่ก้อนเท่าเดิมแต่จ่ายไฟได้มากขึ้นนั่นเอง
ตอนนี้ทีมวิจัยของ University of Michigan ผู้พัฒนาการใช้ Kevlar ในแบตเตอรี่นี้ก็ได้ตั้งบริษัทกันขึ้นมาเองชื่อ Elegus เพื่อเตรียมพัฒนาการผลิตในเชิงพาณิชย์อย่างจริงจัง ซึ่งคาดว่าแบตเตอรี่แบบใหม่นี้จะพร้อมออกขายจริงกันในช่วงปลายปีหน้า ซึ่งตอนนี้ก็แว่วๆ มาว่ามีบริษัทกว่า 30 แห่งได้ขอตัวอย่างวัสดุไปทดสอบกันแล้ว
ใครสนใจงานวิจัยก็เข้าไปอ่านเอกสารตัวเต็มกันได้ที่นี่
ที่มา – Michigan News via Engadget