img

เหล่ามือถือสมาร์ทโฟนนั้นมีปัญหาเรื่องแบตเตอรี่ เพราะมันสามารถใช้งานได้นานเท่ากับแบตเตอรี่ที่ฝังอยู่ในตัวมันนั่นเอง หลังจากนั้นประมาณสามปี สิ่งที่อยู่ข้างในของแบตเตอรี่จะเสื่อมสภาพและนั่นทำให้มันไม่สามารถชาร์จได้อีก และเนื่องจากแบตเตอรี่นั้นมีมูลค่าที่แพงเกินไปที่จะเปลี่ยน คนส่วนใหญ่จึงเลือกที่จะซื้อมือถือเครื่องใหม่ แต่งานวิจัยใหม่อาจจะช่วยยืดอายุของแบตเตอรี่เหล่านี้ได้ บางทีอาจจะแก้ปัญหานี้ได้ตลอดกาลเลยก็ได้

สมาร์ทโฟน และอุปกรณ์อื่น ๆ ซึ่งรวมไปถึงแท็บเล็ต คอมพิวเตอร์ นาฬิกา apple และรถยนต์ไฟฟ้า ส่วนมากจะใช้แบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออน สิ่งที่เหมือนกับแบตเตอรี่อื่น ๆ คือ ลิเธียมไอออนประกอบไปด้วยขั้วอิเล็กโทรดสองขั้ว คือ แอโนดที่ถูกกำหนดให้เป็นประจุลบ และมีการปล่อยอิเล็กตรอน แคโทดถูกกำหนดให้เป็นประจุบวกมีหน้าที่ในการเก็บอิเล็กตรอน หลังจากผ่านการชาร์จหลายร้อยครั้ง แบตเตอรี่เหล่านี้จะไม่สามารถทำการเก็บประจุได้ หนึ่งในเหตุผลนั้นคือ บางส่วนของลิเธียมไอออนในแคโทดนั้นได้รั่วออกไป

เป็นเวลานับปี นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองที่จะแทนที่ลิเธียมของแคโทดด้วยขดลวดระดับนาโนเมตรที่ทำจากโลหะหลายชนิด ขดลวดระดับนาโนเมตรเป็นเส้นใยที่มีความบางกว่าเส้นผมของมนุษย์

มันต้องใช้ขดลวดระดับนาโนเมตรเป็นจำนวนมากในการสร้างขั้วแคโทด แต่การใช้งานสิ่งนี้อาจจะช่วยให้วิศวกรสร้างแบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพสูงได้ เป็นเรื่องที่โชคร้าย ขดลวดระดับนาโนเมตรเดี่ยว ๆ นั้นไม่ได้ช่วยให้ขั้วแคโทดนั้นมีอายุได้ยาวนานขึ้น

เหตุผลก็คือ ในการเก็บพลังงาน ขดลวดระดับนาโนเมตรจะถูกเคลือบด้วยแมงกานีสออกไซด์ เมื่อมีการชาร์จหลาย ๆ ครั้ง ตัวเคลือบเหล่านั้นท้ายที่สุดจะแข็งเปราะและหลุดออกมา ดังนั้นขดลวดระดับนาโนเมตรสามารถชาร์จได้หลายครั้งก็จริง แต่หลังจากนั้นพวกมันก็จะกลายเป็นแบตเตอรี่ที่ไม่สามารถใช้งานได้เช่นเดียวกับแบบลิเธียมปกติ แต่นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์คิดว่า เขาพบหนทางที่จะทำให้ขดลวดระดับนาโนเมตรนั้นมีโครงสร้างที่เปราะได้น้อยลง

Mya Le Thai บัณฑิตจาก University of California, Irvine (UC-Irvine) เธอทำการทดลองเกี่ยวกับขั้วแคโทด และแทนที่จะใช้โลหะที่สามารถก่อให้เกิดการผุกร่อนได้ เธอสร้างขดลวดเหล่านี้ด้วยทอง เธอทำการเคลือบขดลวดทองด้วยแมงกานีสออกไซด์ หลังจากนั้นเธอได้เพิ่มอีกหนึ่งขั้นตอน โดยเธอทำการจุ่มขดลวดระดับนาโนเมตรที่เคลือบแล้วเข้าไปในเจลชนิดพิเศษ

เจลนี้ทำหน้าที่เป็นสารอิเล็คโทรไลท์ เจลนั้นเต็มไปด้วยไอออนที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งสามารถทำการเคลื่อนย้ายประจุทางไฟฟ้าได้ นักวิจัยอื่น ๆ ใช้เจลอิเล็คโทรไลท์แทนที่ของเหลวอิเล็คโทรไลท์ที่ติดไฟได้ แต่การทดลองนี้เป็นการทดลองครั้งแรกที่ใช้เจลอิเล็คโทรไลท์ในการเคลือบขดลวดระดับนาโนเมตร

Le Thai ทำขั้วอิเล็กโทรดสองขั้ว แต่ละอันเป็นขดลวดระดับนาโนเมตรจำนวน 375 เส้นที่ทำการจุ่มสองครั้ง ในการทดสอบพวกมัน เธอทำการชาร์จและปลดปล่อยการชาร์จและหลังจากนั้นก็ทำการชาร์จอีกครั้ง เธอทำแบบนี้มากกว่า 200,000 ครั้งตลอดสามเดือน ไม่ว่าเธอจะทำการทดลองกี่ครั้ง ขดลวดระดับนาโนเมตรก็ไม่มีการเสื่อมลงเลย นี่เป็นการพัฒนาจากขดลวดระดับนาโนเมตรแต่ก่อนที่ใช้ได้เพียงประมาณ 5,000 – 6,000 ครั้งเท่านั้น

ที่มา:

A.P. Stevens. “Powered by poop and pee?” Science News for Students. February 5, 2016.

K. Kowalski. “New bendy device could power wearable electronics.” Science News for Students. January 31, 2016.

K. Hulick. “Engineers consider liquid salt to generate power.” Science News for Students. December 2, 2015.

S. Ornes. “This battery stretches without losing oomph.” Science News for Students. July 1, 2015.

K. Kowalski. “Electricity: Cutting the cords.” Science News for Students. May 9, 2014.

S. Perkins. “Building a better battery.” Science News for Students. April 8, 2013.

S. Ornes. “Cars of the future.” Science News for Students. October 5, 2011.

S. Ornes. “Battery powered to heal.” Science News for Students. April 7, 2011.

Original Journal Source: M. Le Thai et al. 100k cycles and beyond: Extraordinary cycle stability for Mn