บทความ

มอบรางวัลโนเบล ให้แก่ผู้กำเนิดแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน


 

เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม ที่ผ่านมา ราชบัณฑิตยสภาด้านวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน (The Royal Swedish Academy of Sciences) ได้ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2019 ให้แก่ นักวิทยาศาสตร์ 3 ท่าน ได้แก่ Stanley Whittingham, John B. Goodenough และ Akira Yoshino ในฐานะผู้ร่วมพัฒนาเทคโนโลยี แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน

 

รางวัลโนเบล เป็นรางวัลประจำปีที่ยกย่องเชิดชูความสำเร็จทางสติปัญญาอันโดดเด่นของมนุษยชาติ ที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นรางวัลอันทรงเกียรติสูงสุด ที่มอบให้แก่ผู้สร้างผลงานที่น่ายกย่องใน 6 สาขา ได้แก่ ฟิสิคส์, เคมี, วรรณกรรม, สรีรวิทยา(การแพทย์), การส่งเสริมสันติภาพ และเศรษฐศาสตร์

HSMLSXOOCZCBTGJZETXZMM5PZEผลการประกาศรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2019  ได้รับความสนใจจากคนทั้งโลก เพราะนักวิทยาศาสตร์ทั้ง 3 ท่าน ได้รับรางวัลจากผลงานการพัฒนา แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่สามารถเติมพลังงาน หรือการชาร์จไฟเข้าไปใหม่ได้ อันเป็นนวัตกรรมที่คนทั่วโลกล้วนต้องใช้ในชีวิตประจำวัน และเปลี่ยนโลกของการใช้พลังงานไปจากเดิม

nobel_chemistry_placeholder-1028x579

การพัฒนาแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน 0อย่างต่อเนื่อง ทำให้ได้แบทเตอรีรุ่นใหม่ ที่มีน้ำหนักเบา และเก็บพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อนำไปใช้กับนวัตกรรมหลากหลายอย่าง นับตั้งแต่โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์โนทบุคแบบพกพา และรถยนต์พลังงานไฟฟ้า รวมไปถึงสามารถเป็นแหล่งกักเก็บรักษาพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ และพลังงานลม

_109166988_6ee143bd-50f1-4c68-80cc-bec29a890197

“Stanley Whittingham” ปัจจุบันอายุ 77 ปี ศาสตราจารย์ประจำมหาวิทยาลัยบิงแฮมทัน มหาวิทยาลัยของรัฐที่นิวยอร์ค ประเทศสหรัฐอเมริกา

“John B. Goodenough ” ปัจจุบันอายุ 97 ปี ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน เขากลายเป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลที่มีอายุมากที่สุด ที่ยังคงทำงานวิจัยอยู่

” Akira Yoshino” ทำงานที่ Asahi Kasei Corporation ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Meijo University ณ เมืองนาโกยา ประเทศญี่ปุ่น

แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของรถยนต์ไฟฟ้า ที่เข้ามามีบทบาทในวิถีชีวิตมนุษย์ในอนาคต อันที่จริงแล้ว แบทเตอรีที่สามารถชาร์จไฟได้นั้น เริ่มมีตั้งแต่ปี 1859 เป็นแบทเตอรีที่ทำจากตะกั่ว-กรด (lead–acid battery) ซึ่งยังคงใช้ในการเก็บพลังงานให้กับรถยนต์ประเภทเครื่องเบนซิน และดีเซล จนถึงปัจจุบัน แต่มีขนาดและน้ำหนักใหญ่มาก และให้พลังงานได้ไม่มาก

ต่อมาในปี 1899 ได้มีการประดิษฐ์แบทเตอรีประเภทนิคเคิล-แคดเมียม (Nickel-Cadmium) ซึ่งมีประสิทธิภาพที่ดีกว่า และมีขนาดเล็กลง จุดเปลี่ยนแรกในการพัฒนาแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน คือ การเกิดวิกฤตน้ำมันในช่วงทศวรรษที่ 1970 จึงทำให้บรรดานักวิทยาศาสตร์ต่างหาหนทางที่จะไม่พึ่งพาพลังงานฟอสซิล

M Stanley Whittingham  ซึ่งในขณะนั้น ทำวิจัยอยู่ที่บริษัทน้ำมัน Exxon Mobil ค้นพบว่า Li-ion สามารถเข้าไปแทรกอยู่ในวัสดุที่มีลักษณะเป็นชั้นๆ อย่าง Titanium disulfide (TiS2) ได้อย่างเสถียร ตามปฏิกิริยา xLi +TiS2 → LixTiS2 และพลังงานที่ได้จากการที่ Li วิ่งเข้าไปแทรกอยู่ใน TiS2 นั้นมีค่ามากถึง 2.5 V มากกว่า Ni-Cd battery ที่ให้พลังงานแค่ 1.2 V  Whittingham จึงถือเป็นคนแรกที่ประกอบ Li-ion battery ขึ้นได้สำเร็จ

แต่แบทเตอรีของ Whittingham ประสบปัญหาระเบิดง่าย เพราะเมื่อชาร์จและใช้แบทเตอรีหลายรอบเข้า โลหะ Li มักจะไม่วิ่งกลับไปเป็นก้อนแบบเดิม แต่กลับงอกยาวจนแตะขั้วฝั่งตรงข้าม จึงเกิดการลัดวงจรและระเบิด   และในขณะนั้นราคาน้ำมันที่เคยขึ้นสูงกลับร่วงลง  เมื่อปัญหาของ OPEC คลี่คลายลง Exxon mobil จึงเลิกให้ทุนงานวิจัยของ Whittingham การพัฒนาจึงต้องหยุดลง

Goodenough Battery design

 

ระหว่างนั้นเอง Goodenough ก็เข้ามาสานต่องานวิจัยของ Whittingham เขามีความคิดว่า แคโธด (บริเวณด้านที่เกิดการรับอีเลคทรอนจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี) จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นถ้าแบทเตอรีทำจากออกไซด์ของโลหะ (metal oxide) แทนการใช้ซัลไฟด์โลหะ (metal sulphide) จนในปี 1980 เขาสามารถแสดงให้เห็นว่า การใช้โคบอลท์ออกไซด์ (cobalt oxide) ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับไททาเนียมไดซัลไฟด์ เข้าไปสอดตัวกับลิเธียม-ไอออน สามารถส่งผลให้มีการปล่อยกระแสไฟฟ้าได้มากถึง 4-5 V (เป็นจำนวน 2 เท่าที่ Whittingham เคยทำเอาไว้) ซึ่งเป็นการค้นพบอันสำคัญที่ทำให้แบทเตอรีมีพลังงานได้มากขึ้น แต่แบทเตอรีของ Goodenough นั้นก็ยังคงใช้โลหะ Li เป็นขั้วแอโนดอยู่ ทำให้ปัญหาการระเบิดยังไม่ได้รับการแก้ไข

คนสุดท้ายที่สามารถเอางานวิจัยมาใช้ประโยชน์ได้จริง ก็คือ Akira Yoshino จากบริษัท Asahi Kasei Corporation ในญี่ปุ่น เขาลองผิดลองถูกอยู่นานจนพบว่า หากเปลี่ยนโลหะ Li ที่ขั้วแอโนด เป็น Li-ion ผสมกับถ่านที่ได้มาจากปิโตรเลียม  ทำให้ขั้วแอโนดที่ได้นี้มีความทนทานต่อการระเบิดมากขึ้น และยังทนต่อการกระแทก  แถมยังมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น มีน้ำหนักเบา พกพาสะดวก สามารถชาร์จไฟได้ใหม่เป็นร้อยครั้งก่อนที่แบทเตอรีจะเสี่อมคุณภาพไป และก็ยังให้พลังงานสูงถึง 4.1 V ดังนั้น Li-ion battery จึงถือกำเนิดขึ้นอย่างแท้จริงในปี 1985 และในปี 1991 ญี่ปุ่นสามารถผลิต Li-ion battery ออกวางจำหน่ายอย่างเป็นทางการในตลาดทั่วโลกเป็นครั้งแรก โดยตอนต้นแทนที่จะมุ่งเป้าไปที่รถยนต์ กลับโฟคัสไปที่อุปกรณ์อีเลคทรอนิคส์แบบพกพา ซึ่งตลาดกำลังมีการเจริญเติบโตเป็นอย่างมากจวบจนปัจจุบัน Li-ion battery ยังคงมีวิจัยหาวัสดุเพื่อพัฒนาแบทเตอรีใหม่ออกมาเรื่อยๆ เพื่อให้แบทเตอรีเหล่านั้นมีประสิทธิภาพดีขึ้น ราคาถูกลง ปลอดภัยขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

DSC_4431-Edit-Edit_fullres

แบทเตอรีลิเธียม มีความจุพลังงานมากกว่า แบบตะกั่วกรด ((lead–acid) ที่ใช้ในรถยนต์โดยทั่วไป 3-5 เท่า ซึ่งเปรียบโดยง่าย คือ เทสลา พี 85 ที่ใช้แบทเตอรีลิเธียมความจุ 85 kWh (90 กิโลวัตต์ชั่วโมง) หากเปลี่ยนมาเป็น แบบตะกั่วกรดทั่วไป แบทเตอรีจะมีน้ำหนักเกือบ 5 ตัน ! ในขณะที่ของ เทสลา นั้นหนักราวๆ 544 กก. เท่านั้น ตลาดแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และทำให้ราคาต่อหน่วยลดลงจาก 1,000 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ชั่วโมง เมื่อ 5 ปีที่แล้ว มาเป็นต่ำกว่า 150 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ชั่วโมง และยังตั้งเป้าลดลงไปในระดับ 60 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ชั่วโมงภายในปี 2023 ส่งผลให้ปริมาณความต้องการลิเธียมซึ่งเป็นวัตถุดิบที่สำคัญในการผลิตแบทเตอรีเพิ่มสูงขึ้นเป็นเงาตามตัว  ประมาณการว่าภายในปี 2025 ความต้องการลิเธียมจะสูงขึ้นกว่า 4 เท่าตัวจากราคาปัจจุบัน

สาเหตุหลักที่อุปสงค์ของแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน มีการเติบโตอย่างก้าวกระโดดนี้ มาจากการเติบโตอย่างรวดเร็วของรถยนต์ไฟฟ้าทั้งที่เป็นรถยนต์ไฟฟ้า(Electric Vehicle) รถยนต์ไฟฟ้าแบบพลัก-อิน ไฮบริด (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) และรถยนต์ไฟฟ้าแบบไฮบริด (Hybrid Electric Vehicle) ทำให้เกิดปัญหาคอขวด เนื่องจากบริษัทต้องเร่งผลิตแบทเตอรีให้เพียงพอต่อการผลิตรถยนต์ไฟฟ้า  ซึ่งแบทเตอรีที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า 1 คัน จะมีขนาดใหญ่กว่าแบทเตอรีที่ใช้ในโทรศัพท์ Smartphone ประมาณ 5,000 เท่า

The fully electric XC40 SUV – Volvo’s first electric car and one of the safest on the road

 

การนำแบทเตอรีลิเธียม-ไอออนไปรีไซเคิลอาจเป็นทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ  เพื่อลดปัญหาขยะอีเลคทรอนิคส์ บริษัท นิสสัน (Nissan) และ ซูมิโตโม คอร์พอเรชัน (Sumitomo Corporation)ได้ร่วมกันก่อบริษัท 4R ในปี 2010 เพื่อพัฒนากระบวนการนำแบทเตอรีกลับมาใช้จนเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการรีไซเคิลแบทเตอรี และเป็นโรงงานรีไซเคิลแห่งแรกของประเทศญี่ปุ่น ที่มีความเชี่ยวชาญในด้านกระบวนการนำแบทเตอรีกลับมาใช้ และการรีไซเคิลแบทเตอรีลิเธียม-ไอออนจากรถยนต์ไฟฟ้า  ท่ามกลางความต้องการของรถยนต์ไฟฟ้าที่เพิ่มมากขึ้น

 

อ้างอิงข้อมูลจาก

https://www.autoinfo.co.th/article/257992/

https://www.autoinfo.co.th/article/157149/



------------------------------
เรื่องโดย : พรเทพ คงลาภอำนวย
คอลัมน์ Online : สารคดี/บทความ/รายงาน/กิจกรรม
ลิงค์สำหรับแชร์ : https://autoinfo.co.th/zR0Pk
วันที่เผยแพร่ : วันพฤหัสบดี ที่ 7 พฤศจิกายน 2562 เวลา 13:23 นาฬิกา
อัพเดทล่าสุด
19 Nov 2019

Buyer's Guide | คู่มือซื้อรถ

Model Start Price (THB)
3.
474,000
4.
494,000
6.
2,149,000
7.
1,299,000
8.
539,000
9.
499,000
10.
1,599,000
  • MAIN SEARCH
  • EASY SEARCH
Make
Model
Price
Engine
More Option >
วัตถุประสงค์ในการใช้รถ (ประเภทรถ)
งบประมาณ
พฤติกรรมการขับรถ

Follow autoinfo.co.th