นักวิทย์ คิดค้น “แบตเตอรี่น้ำ” ใหม่ ราคาถูกกว่า รีไซเคิลได้ และไม่ระเบิด

นักวิทย์ คิดค้น “แบตเตอรี่น้ำ” ใหม่ ราคาถูกกว่า รีไซเคิลได้ และไม่ระเบิด

ปกติแล้วน้ำและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะไม่ผสมกันแต่ปรากฏว่าแบตเตอรี่อาจได้รับประโยชน์จาก H2O บ้างด้วยการแทนที่อิเล็กโทรไลต์เคมีอันตรายที่ใช้ในแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ด้วยน้ำนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนา “แบตเตอรี่น้ำ” ที่สามารถรีไซเคิลได้

และแก้ไขปัญหาสำคัญด้วยเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งอาจเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น “แบตเตอรี่น้ำ” มีชื่ออย่างเป็นทางการว่าแบตเตอรี่ไอออนโลหะในน้ำอุปกรณ์เหล่านี้ใช้โลหะ เช่น แมกนีเซียมหรือสังกะสี

ซึ่งมีราคาถูกกว่าในการประกอบและเป็นพิษน้อยกว่าวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่ประเภทอื่นในปัจจุบันแบตเตอรี่เก็บพลังงานโดยการสร้างการไหลของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จากปลายด้านบวกของแบตเตอรี่ (แคโทด) ไปยังปลายด้านลบ (ขั้วบวก)

พวกมันใช้พลังงานเมื่ออิเล็กตรอนไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามของเหลวในแบตเตอรี่อยู่ที่นั่นเพื่อส่งอิเล็กตรอนไปมาระหว่างปลายทั้งสองข้างในแบตเตอรี่น้ำ ของไหลอิเล็กโทรไลต์คือน้ำที่เติมเกลือเล็กน้อยแทนที่จะเป็นกรดซัลฟูริกหรือเกลือลิเธียม

ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังความก้าวหน้าล่าสุดนี้ได้คิดค้นวิธีป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่น้ำเหล่านี้เกิดการลัดวงจร สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อการเติบโตของโลหะแหลมคมเล็กๆ ที่เรียกว่าเดนไดรต์ก่อตัวบนขั้วบวกของโลหะภายในแบตเตอรี่ โดยทะลุผ่านช่องใส่แบตเตอรี่

แม้ว่าเทคโนโลยีใหม่นี้ไม่น่าจะมาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ในเร็ว ๆ นี้ แต่ด้วยการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมแบตเตอรี่น้ำสามารถเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยแทนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ภายในหนึ่งทศวรรษหรือมากกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์เคมี Tianyi Ma จาก RMIT

มหาวิทยาลัยในเมืองเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย กล่าว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งพบได้ในทุกสิ่งตั้งแต่แล็ปท็อปและโทรศัพท์
ไปจนถึงจักรยานไฟฟ้าและรถยนต์อาจทำให้เกิดความร้อนมากเกินไปและติดไฟได้ในกรณีที่รุนแรงเนื่องจากลิเธียมเป็นโลหะที่ค่อนข้างมีฤทธิ์ ซึ่งจมอยู่ในอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์เนื่องจากข้อกังวลด้านความปลอดภัยเหล่านี้

นักวิจัยจึงพยายามคิดค้นแบตเตอรี่ที่ใช้วัสดุต่างกันมานานแล้วแต่ให้ประสิทธิภาพที่เท่ากันและมีอายุการใช้งานยาวนานใกล้เคียงกันอุปสรรคสำคัญในการใช้แบตเตอรี่เมทัลไอออนที่เป็นน้ำคือการเติบโตของเดนไดรต์เพื่อยับยั้งสิ่งนี้ นักวิจัยได้เคลือบขั้วบวกสังกะสีของแบตเตอรี่ด้วยโลหะบิสมัทซึ่งจะออกซิไดซ์จนเกิดสนิม สิ่งนี้จะสร้างชั้นป้องกันที่หยุดยั้งการสร้างเดนไดรต์

คุณลักษณะนี้ยังช่วยให้แบตเตอรี่น้ำต้นแบบมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นโดยสามารถรักษาความจุได้มากกว่า 85 เปอร์เซ็นต์หลังจากผ่านไป 500 รอบ การทดลองของนักวิจัยแสดงให้เห็นตามรายงานของ Royce Kurmelovs จาก The Guardian

ทีมงานได้พัฒนาต้นแบบที่ใช้น้ำของแบตเตอรี่ขนาดเหรียญที่ใช้ในนาฬิการวมถึงแบตเตอรี่ทรงกระบอกที่คล้ายกับแบตเตอรี่ AA หรือ AAA

ทีมงานกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่น้ำเพื่อให้เทียบได้กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาดกะทัดรัดที่พบในอุปกรณ์ขนาดพกพาแมกนีเซียมเป็นวัสดุที่ต้องการซึ่งเบากว่าสังกะสีและมีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าหม่ากล่าวว่าหากแบตเตอรี่แมกนีเซียมไอออนสามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้

เทคโนโลยีนี้สามารถทดแทนแบตเตอรี่กรดตะกั่วขนาดใหญ่ได้ภายในไม่กี่ปีแบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำและใช้ในการสตาร์ทมอเตอร์ของรถยนต์เบนซินหรือดีเซลและในคลังเก็บพลังงานกริดขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตามเนื่องจากมีตะกั่วและกรดอันตราย
จึงไม่สามารถกำจัดทิ้งได้และต้องนำไปรีไซเคิลที่โรงงานเฉพาะทาง

การรีไซเคิลหรือการนำแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกลับมาใช้ใหม่ถือเป็นสิ่งสำคัญสูงสุดเนื่องจากความต้องการแบตเตอรี่และโลหะที่ใช้ในการผลิตจะเพิ่มขึ้นในขณะที่โลกใช้ระบบพลังงานไฟฟ้าเพื่อเลิกใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลและต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

“การจัดการกับความท้าทายในการกำจัดทิ้งเมื่อหมดอายุการใช้งานที่ผู้บริโภคอุตสาหกรรม และรัฐบาลทั่วโลกเผชิญกับเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานในปัจจุบันแบตเตอรี่ของเราสามารถถอดประกอบได้อย่างปลอดภัย และวัสดุต่างๆ สามารถนำกลับมาใช้ใหม่หรือรีไซเคิลได้” หม่ากล่าวในแง่ของการใช้งานจริง

นักวิจัยได้เชื่อมต่อการออกแบบแบตเตอรี่เข้ากับแผงโซลาร์เซลล์และไฟพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 45 วัตต์ ซึ่งแบตเตอรี่จะส่องสว่างเป็นเวลา 12
ชั่วโมงหลังจากการชาร์จหนึ่งวัน เป็นการสาธิตขนาดเล็กถึงศักยภาพของ “แบตเตอรี่น้ำ” ที่จะใช้สำหรับการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน
ซึ่งควรสนับสนุนการวิจัยเพิ่มเติม

.

ที่มา  : https://www.sciencealert.com/new-water-batteries-are-cheaper-recyclable-and-wont-explode