นักวิทยาศาสตร์ชาวเวียดนามใช้แกลบข้าวเพื่อผลิตแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้

โดยอาศัยประโยชน์จากแกลบ ทีมวิจัยของ รองศาสตราจารย์... ดร. เล มาย โลน ฟุง ออกแบบวัสดุเพื่อผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนด้วยต้นทุนต่ำ

การวิจัยนี้ได้รับการนำโดยรองศาสตราจารย์ ดร. เล มาย โลน ฟุง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแห่งชาติเวียดนาม นครโฮจิมินห์ (APCLab) และเพื่อนร่วมงานตั้งแต่ปี 2020

เธอบอกว่าแกลบมีปริมาณซิลิกา (SiO2) เฉลี่ยประมาณ 10.6% นี่เป็นส่วนประกอบสำคัญที่สามารถนำมาใช้ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้ กลุ่มนี้ได้รับการเสนอและได้รับการสนับสนุนจาก Vingroup Innovation Fund (VinIF) เพื่อวิจัยกระบวนการสังเคราะห์วัสดุอิเล็กโทรดจากแกลบเพื่อผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้ 4V ในรูปแบบเซลล์เหรียญและเซลล์แบบถุงในเชิงทดลอง แบตเตอรี่แบบกระดุมใช้ในนาฬิกา เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล และแบตเตอรี่พกพาสำหรับโทรศัพท์และอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็ก

ดร.ฟุงทำงานในห้องสุญญากาศในกระบวนการประกอบแบตเตอรี่แบบกระดุม ภาพ : NVCC

คณะผู้วิจัยได้นำแกลบข้าวสารจากอำเภอตันตรู (หลงอาน) มาล้างและทำให้แห้ง จากนั้นนำไปให้ความร้อนในบรรยากาศเฉื่อยเป็นเวลา 1 ชั่วโมง จากนั้นนำไปบดให้เป็นเถ้าแกลบละเอียด แล้วผสมกับโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) ของแข็ง จากนั้นให้ความร้อนส่วนผสมนี้ในบรรยากาศเฉื่อย แล้วบดและล้าง หลังจากขั้นตอนการทำให้แห้ง ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะเป็นผงแห้งที่มีสีเทาเข้ม หรือที่เรียกว่าวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนซิลิกา (C/SiO2)

กลุ่มบริษัทได้สร้างกระบวนการสังเคราะห์จากแกลบข้าว 1 กิโลกรัม สามารถผลิตวัตถุดิบ C/SiO2 ได้ 350 กรัม โดยมีราคาขายประมาณ 50 ดอลลาร์สหรัฐ/1,000 กรัม หลังจากการทดลองผลิตเป็นเวลา 2 ปี ทีมวิจัยก็สามารถเชี่ยวชาญเทคโนโลยีการประกอบแบตเตอรี่กระดุมและแบตเตอรี่กระเป๋าแบบสมบูรณ์โดยใช้สาร C/SiO2 จากแกลบข้าว

ผังงานกระบวนการผลิตวัสดุซิลิก้า ภาพ: คณะนักวิจัย

รองศาสตราจารย์ฟุง กล่าวว่าวัสดุซิลิกามีรูพรุน ช่วยให้ไอออนลิเธียมเคลื่อนที่และสานกันในโครงสร้างเพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า APCLab ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของวัสดุนี้เพื่อออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ วัสดุถูกออกแบบมาเพื่อคำนวณปริมาณที่ใช้ ขึ้นอยู่กับรูปแบบพลังงานของแบตเตอรี่แต่ละประเภท ปกติถ่านกระดุม 1 ก้อนต้องใช้แกลบข้าวสารเพียงไม่กี่สิบมิลลิกรัมเท่านั้น หากถ่านกระดุมมีขนาดใหญ่กว่านั้นก็จะใช้แกลบข้าวสารประมาณ 10-20 กรัม

ในปัจจุบัน แบตเตอรี่ชาร์จไฟได้ส่วนใหญ่ในตลาดทำมาจากกราไฟต์ที่ขุดและกลั่นจากแร่ถ่านหิน วัตถุดิบนี้มีราคาประมาณ 100 ดอลลาร์สหรัฐ/100 กรัม และขั้นตอนการค้นหาวัตถุดิบอาจก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้

ดร.ฟุงประเมินว่าวัสดุซิลิกามีศักยภาพในการทดแทนวัสดุกราไฟต์ได้อย่างสมบูรณ์ทั้งในด้านต้นทุน ประสิทธิภาพ และการปกป้องสิ่งแวดล้อม ขยายตลาดศักยภาพของแกลบและเพิ่มผลกำไรให้กับเกษตรกรได้ดี

ในอนาคตทีมวิจัยมีแผนปรับปรุงการคำนวณผลิตภัณฑ์โดยพิจารณาจากต้นทุนทางเศรษฐกิจ จากการประมาณการในปัจจุบัน แบตเตอรี่กระดุมที่ทำจากแกลบสามารถขายได้ในราคาก้อนละ 7-8 ดอลลาร์ และแบตเตอรี่แบบพกพามีราคาขายก้อนละ 30 ดอลลาร์

ทดสอบแบตเตอรี่กระดุมจากแกลบข้าว ภาพ: คณะนักวิจัย

รองศาสตราจารย์ ดร. เหงียน ดินห์ กวน หัวหน้าห้องปฏิบัติการเชื้อเพลิงชีวภาพและชีวมวล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยแห่งชาติเวียดนาม นครโฮจิมินห์ ประเมินว่าซิลิกาเป็นที่รู้จักว่าสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งในอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไออนแบบชาร์จไฟได้ เนื่องจากซิลิกาสามารถเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ได้หลายเท่า ข้อเสียคืออิเล็กโทรดอาจเกิดการขยายตัวของปริมาตรได้ แต่สามารถแก้ไขได้ด้วยการใช้อนุภาคซิลิกาขนาดนาโน APCLab ได้นำการวิจัยที่คล้ายคลึงกันทั่วโลกมาประยุกต์ใช้ซิลิกาขึ้นรูปในแกลบข้าวเป็นสารเติมแต่งอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ ซิลิก้าในแกลบข้าวมีการกระจายตัวในความหนาแน่นต่ำ เมื่อแกลบข้าวถูกไพโรไลซิส จะเกิดส่วนผสมของคาร์บอนที่ทำให้โครงสร้างผสมกับซิลิก้าขนาดนาโน

“วิธีการนี้เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพสูง และสามารถช่วยให้ประเทศผู้ปลูกข้าวรายใหญ่เช่นเวียดนามสร้างมูลค่าเพิ่มสูงได้หากโครงการวิจัยประสบความสำเร็จ” ดร. กวน กล่าว

ตามสถิติ ประเทศเวียดนามเป็นประเทศผู้ผลิตข้าวรายใหญ่เป็นอันดับ 2 ของโลก โดยมีผลผลิตเฉลี่ยประมาณ 44 ล้านตันต่อปี อัตราส่วนแกลบอยู่ที่ประมาณ 20-22% หรือเกือบ 9 ล้านตัน

รองศาสตราจารย์ ดร. เล มาย โลน ฟุง ใช้เวลา 6 ปีในการศึกษาวิจัยในสาขาแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ในประเทศฝรั่งเศส และทำงานเกี่ยวกับแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีเป็นเวลา 9 ปี เธอได้รับเชิญให้เข้าร่วมการวิจัยที่สถาบันเคมีวัสดุและวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยคิวชู ประเทศญี่ปุ่น ในโครงการอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอรี่ และโครงการพัฒนาวัสดุขั้นสูงสำหรับแบตเตอรี่ (Consortium Battery Material Research) ที่ Pacific Northwest National Laboratory (สหรัฐอเมริกา) แพทย์หญิงได้เข้าร่วมและเป็นผู้นำหัวข้อวิจัย 9 หัวข้อ ตีพิมพ์บทความต่างประเทศ 80 บทความและบทความในประเทศ 60 บทความ และได้รับรางวัลและทุนการศึกษาอันทรงคุณค่ามากมายจากองค์กรที่มีชื่อเสียง

วีเอ็นเอ็กซ์เพรส.เน็ต