ทีมนักวิจัยสหรัฐฯ เผยเคล็ดลับใช้ “ฟลูออไรด์” ยืดอายุแบตเตอรี่ EV ให้นานขึ้น

หลายคนรู้กันว่า มาตรฐานแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าทุกวันนี้จะต้องเป็นลิเธียมไอออน แต่ก็มีการค้นพบว่าสามารถใช้วัสดุที่ต่างไปได้ โดยวัสดุเหล่านั้นอาจจะให้ความหนาแน่นของพลังงานที่มากกว่าเดิม โดยเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า ลิเธียมเมทัล

ทีมวิจัยจากกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ค้นพบถึงการต่อยอดเทคโนโลยีนี้ให้สามารถใช้งานกับรถยนต์ไฟฟ้าได้ดียิ่งขึ้น

ลิเธียมเมทัลดีกว่าลิเธียมไอออน แต่ยังมีข้อจำกัดบางอย่าง

วัสดุที่ใช้ทำแบตเตอรี่ใหม่อย่างลิเธียมเมทัลนั้นนอกจากให้ความหนาแน่นพลังงานเป็นสองเท่าจากแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเดิมที่ใช้กับอีวีในปัจจุบันแล้ว ยังสัญญาว่าความหนาแน่นของพลังงานที่เพิ่มขึ้นนั้นจะทำให้แบตเตอรี่มีขนาดเล็กและเบาลง รวมถึงทำให้ระยะทางขับขี่ไกลขึ้นอีกด้วย 

แต่ข้อสังเกตของแบตเตอรี่แบบลิเธียมเมทัลสามารถให้ความหนาแน่นพลังงานได้มากแค่ในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้น เนื่องจากการใช้งานแบตเตอรี่อีวีจะต้องผ่านการชาร์จหลายครั้งจะส่งผลให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลงได้ค่อนข้างเร็ว 

ทำให้คุณสมบัติความหนาแน่นพลังงานที่มีจะหายไปหลังผ่านการชาร์จไม่ถึงร้อยครั้งเท่านั้น ซึ่งอาจเป็นปัญหาใหญ่สำหรับผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้าแน่นอน

ใช้ฟลูออไรด์ช่วยได้

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยที่นำโดย Zhengcheng (John) Zhang จากแผนกวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเคมีของ Argonne National Laboratory ได้ค้นพบวิธีการใช้ฟลูออไรด์ ในแบบเดียวกับการใช้สิ่งนี้ในยาสีฟัน ทั้งนี้ เพื่อช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นนั่นเอง

แบตเตอรี่เหล่านี้มาพร้อมขั้วไฟฟ้าแบบลบ (แอโนด) ที่จะทำด้วยลิเธียมแทนการใช้แกรไฟท์ จึงเป็นที่มาของชื่อนี้ เว็บไซต์ Science Blog ระบุว่า ภายในแบตเตอรี่ชนิดนี้ ไอออนของลิเธียมจะเคลื่อนที่ระหว่างแอโนดและคาโทดผ่านของเหลวแบบอิเล็กโทรไลติก

วิธีเพิ่มประสิทธิภาพของทีมวิจัยนี้คือ การเปลี่ยนของเหลวอิเล็กโทรไลติกให้เป็นของเหลวที่มีส่วนประกอบของฟลูออไรต์ซึ่งมีทั้งประจุบวกและลบ ซึ่งจะช่วยปกป้องการทำงานภายในของแบตเตอรี่และทำให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

“ความแตกต่างที่สำคัญสำหรับอิเล็กทรอไลท์แบบใหม่นั่นคือการแทนที่ด้วยฟลูออรีนเพื่อให้อะตอมไฮโดรเจนที่มีโครงสร้างแบบวงแหวนของส่วนไอออนบวกสำหรับของเหลวแบบไอออนิก” Zhang กล่าว

“สิ่งนี้สร้างความแตกต่างในการรักษาประสิทธิภาพการทำงานสูงจากการทดสอบการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลมาหลายร้อยครั้ง”

ดีกว่าเดิมเกือบทุกด้าน

จากการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดสูง ทีมงานสามารถปรับอัตราส่วนได้อย่างละเอียดเพื่อสร้างชั้นป้องกันที่มีคุณสมบัติในอุดมคติ ด้วยความโชคดีที่ว่าของเหลวนี้สามารถผลิตได้ง่าย มีราคาถูก และใช้ตัวทำละลายน้อยกว่าของเหลวแบบเดิม รวมถึงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นด้วย

“แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลที่มาพร้อมอิเล็กทรอไลท์ไอออนบวกที่มีฟลูออรีน สามารถกระตุ้นอุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมาก” Zhang กล่าว 

“และประโยชน์ของอิเล็กโทรไลต์นี้ยังขยายไปถึงระบบแบตเตอรี่ขั้นสูงประเภทอื่น ๆ ที่นอกเหนือจากลิเธียมไอออน”

อ่านเพิ่มเติม: รู้จักแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้งานได้ถึง 2 ล้านกม. ขับขี่ได้นาน 130 ปี