นักวิทยาศาสตร์ชาวเวียดนามใช้แกลบข้าวในการสร้างแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้

Việt Nam•03/08/2023

ทีมวิจัยนำโดยรองศาสตราจารย์ ดร. เลอ มาย โลน ฟุง ได้ออกแบบวัสดุจากเปลือกข้าวเพื่อใช้ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนราคาประหยัด

งานวิจัยนี้ นำโดยรองศาสตราจารย์ ดร. เล มี โลน ฟุง คณะ วิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแห่งชาติเวียดนาม นครโฮจิมินห์ (APCLab) และเพื่อนร่วมงาน ตั้งแต่ปี 2020 เป็นต้นมา

เธออธิบายว่าแกลบข้าวมีปริมาณซิลิกา (SiO2) เฉลี่ยประมาณ 10.6% ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญที่สามารถนำมาใช้ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จได้ กลุ่มวิจัยได้เสนอและได้รับการสนับสนุนด้านเงินทุนจากกองทุนนวัตกรรม วินกรุ๊ป (VinIF) เพื่อวิจัยกระบวนการสังเคราะห์วัสดุอิเล็กโทรดจากแกลบข้าวเพื่อผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จได้ขนาด 4 โวลต์ในรูปแบบทดลอง ทั้งแบบกระดุมและแบบซอง แบตเตอรี่แบบกระดุมใช้ในนาฬิกา เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล และแบตเตอรี่แบบซองใช้สำหรับโทรศัพท์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กอื่นๆ

ดร.ฟุงทำงานในห้องสุญญากาศเพื่อประกอบแบตเตอรี่แบบกระดุม ภาพ: ได้รับความอนุเคราะห์จากผู้ให้สัมภาษณ์

ทีมวิจัยได้นำแกลบข้าวจากอำเภอตันตรู (จังหวัดหลงอัน) มาล้างและตากให้แห้ง จากนั้นนำไปให้ความร้อนเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงภายใต้สภาวะก๊าซเฉื่อย นำมาบดให้ละเอียดจนเป็นเถ้าแกลบ แล้วผสมกับโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) จากนั้นนำส่วนผสมนี้ไปให้ความร้อนอีกครั้งภายใต้สภาวะก๊าซเฉื่อย บด และล้าง หลังจากตากให้แห้ง ผลิตภัณฑ์สุดท้ายจะเป็นผงแห้งสีเทาเข้ม หรือที่รู้จักกันในชื่อวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนซิลิเกต (C/SiO2)

ทีมวิจัยได้พัฒนาวิธีการสังเคราะห์ที่สามารถผลิตวัสดุ C/SiO2 ได้ 350 กรัม จากแกลบข้าว 1 กิโลกรัม โดยมีราคาขายประมาณ 50 ดอลลาร์สหรัฐต่อ 1,000 กรัม หลังจากทดลองผลิตเป็นเวลาสองปี ทีมวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการประกอบแบตเตอรี่แบบกระดุมและแบตเตอรี่แบบซองโดยใช้วัสดุ C/SiO2 จากแกลบข้าวได้สำเร็จ

*แผนภาพแสดงกระบวนการผลิตวัสดุซิลิกา ภาพ: ทีมวิจัย*

รองศาสตราจารย์ฟุงอธิบายว่า วัสดุซิลิกามีโครงสร้างเป็นรูพรุนที่ช่วยให้ลิเธียมไอออนเคลื่อนที่และแทรกตัวอยู่ภายในโครงสร้างเพื่อแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า APCLab ใช้คุณสมบัตินี้ของวัสดุในการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้หลากหลายประเภท โดยขึ้นอยู่กับประเภทพลังงานของแบตเตอรี่แต่ละชนิด วัสดุจะถูกออกแบบเพื่อคำนวณปริมาณที่ต้องการ โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่แบบกระดุมแต่ละก้อนต้องการแกลบข้าวเพียงไม่กี่สิบมิลลิกรัม ในขณะที่แบตเตอรี่ขนาดใหญ่กว่าต้องการประมาณ 10-20 กรัม

ปัจจุบัน แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ส่วนใหญ่ในท้องตลาดผลิตจากกราไฟต์ ซึ่งเป็นวัสดุที่สกัดและกลั่นจากแร่ถ่านหิน วัสดุชนิดนี้มีราคาประมาณ 100 ดอลลาร์สหรัฐต่อ 100 กรัม และกระบวนการจัดหาอาจก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้

ดร.ฟุงประเมินว่าวัสดุซิลิกามีศักยภาพที่จะเข้ามาแทนที่วัสดุกราไฟต์ได้อย่างสมบูรณ์ในแง่ของต้นทุน ประสิทธิภาพ และการรักษาสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะช่วยขยายตลาดที่มีศักยภาพสำหรับแกลบข้าวและนำมาซึ่งผลกำไรอย่างมากแก่เกษตรกร

ในอนาคต ทีมวิจัยวางแผนที่จะปรับปรุงผลิตภัณฑ์โดยพิจารณาจากต้นทุน ทางเศรษฐกิจ จากการประมาณการในปัจจุบัน แบตเตอรี่แบบกระดุมที่ทำจากแกลบข้าวอาจขายได้ในราคา 7-8 ดอลลาร์ต่อก้อน และแบตเตอรี่แบบซองอาจขายได้ในราคา 30 ดอลลาร์ต่อก้อน

ขณะนี้กำลังมีการทดลองผลิตแบตเตอรี่แบบกระดุมที่ทำจากแกลบข้าว ภาพ: ทีมวิจัย

รองศาสตราจารย์ ดร. เหงียน ดินห์ กวน หัวหน้าห้องปฏิบัติการเชื้อเพลิงชีวภาพและชีวมวล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีแห่งชาติเวียดนาม นครโฮจิมินห์ ประเมินว่า ซิลิกาเป็นสารเติมแต่งที่รู้จักกันดีสำหรับขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จได้ เนื่องจากความสามารถในการเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ได้หลายเท่า ข้อเสียคือขั้วไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะขยายตัว แต่สามารถแก้ไขได้โดยการใช้ซิลิกาอนุภาคขนาดนาโน ห้องปฏิบัติการ APCLab ได้นำงานวิจัยที่คล้ายคลึงกันทั่วโลกมาใช้ โดยใช้ซิลิกาที่ขึ้นรูปจากแกลบข้าวเป็นสารเติมแต่งขั้วไฟฟ้าแบตเตอรี่ ซิลิกาในแกลบข้าวมีการกระจายตัวในความหนาแน่นต่ำ เมื่อแกลบข้าวถูกย่อยสลายด้วยความร้อน จะเกิดเป็นส่วนผสมของคาร์บอนที่ผ่านการคาร์บอนไนซ์กับซิลิกาขนาดนาโน

ดร. ควาน กล่าวว่า "วิธีการนี้เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพสูง และอาจช่วยให้ประเทศมหาอำนาจด้านการผลิตข้าวอย่างเวียดนามสร้างมูลค่าเพิ่มได้อย่างมีนัยสำคัญ หากโครงการวิจัยนี้ประสบความสำเร็จ"

จากสถิติพบว่าเวียดนามเป็นผู้ผลิตข้าวรายใหญ่เป็นอันดับสองของโลก โดยมีผลผลิตเฉลี่ยประมาณ 44 ล้านตันต่อปี และมีปริมาณแกลบประมาณ 20-22% หรือเกือบ 9 ล้านตัน

รองศาสตราจารย์ ดร. เลอ มาย โลน ฟุง ใช้เวลาหกปีในการศึกษาและวิจัยด้านแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ในประเทศฝรั่งเศส และเก้าปีในการทำงานในโครงการที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี เธอได้รับเชิญให้เข้าร่วมงานวิจัยที่สถาบันเคมีและวิศวกรรมวัสดุ มหาวิทยาลัยคิวชู ประเทศญี่ปุ่น ในหัวข้ออิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอรี่และการพัฒนาวัสดุขั้นสูงสำหรับแบตเตอรี่ (กลุ่มวิจัยวัสดุแบตเตอรี่) ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ (สหรัฐอเมริกา) ดร.หญิงท่านนี้ได้เข้าร่วมและเป็นผู้นำโครงการวิจัยเก้าโครงการ ตีพิมพ์บทความในระดับนานาชาติ 80 เรื่อง และในประเทศ 60 เรื่อง และได้รับรางวัลและทุนการศึกษาอันทรงคุณค่ามากมายจากองค์กรที่มีชื่อเสียง

วีเอ็นเอ็กซ์เพรสเน็ต