เทคโนโลยี กราฟีน ใหม่อาจปฏิวัติประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้

เทคโนโลยี กราฟีน ใหม่อาจปฏิวัติความปลอดภัยและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสวอนซี ร่วมกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีอู่ฮั่นและมหาวิทยาลัยเซินเจิ้นได้พัฒนาวิธีการผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้า กราฟีน ขนาดใหญ่ที่สร้างสรรค์ใหม่ความก้าวหน้าครั้งนี้มีแนวโน้มว่าจะเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิภาพของ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) ได้อย่างมีนัยสำคัญซึ่งถือเป็นการแก้ไขปัญหาสำคัญในเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงาน

ผลการศึกษาดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Chemical Engineering โดยให้รายละเอียดเกี่ยวกับโปรโตคอลที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในการผลิตแผ่นกราฟีนที่ปราศจากข้อบกพร่องในเชิงพาณิชย์ แผ่นกราฟีนเหล่านี้มีค่าการนำความร้อนที่เหนือชั้นถึง 1,400.8 W m–1 K–1 ซึ่งสูงกว่าตัวเก็บประจุไฟฟ้าแบบทองแดงและอลูมิเนียมแบบดั้งเดิมที่ใช้ใน LIB เกือบ 10 เท่า

“นี่ถือเป็นก้าวสำคัญสำหรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่” ดร. รุ่ย ตัน ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยสวอนซี กล่าว “วิธีการของเราช่วยให้สามารถผลิตตัวเก็บประจุไฟฟ้ากราฟีนได้ในขนาดและคุณภาพที่สามารถนำไปผสานรวมเข้ากับการผลิตแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ได้อย่างง่ายดายซึ่งไม่เพียงแต่จะช่วยเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่ด้วยการจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น

แต่ยังช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและอายุการใช้งานอีกด้วย” การแก้ไขปัญหา Thermal Runaway ใน LIB ความกังวลเร่งด่วนที่สุดประการหนึ่งในการพัฒนา LIB พลังงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้ในยานยนต์ไฟฟ้า คือ Thermal Runaway ซึ่งเป็นสถานการณ์อันตรายที่ความร้อนมากเกินไปทำให้แบตเตอรี่เสียหาย

ซึ่งมักส่งผลให้เกิดไฟไหม้หรือระเบิด ตัวเก็บกระแสไฟฟ้าแบบกราฟีนเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดความเสี่ยงนี้โดยการกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพและป้องกันปฏิกิริยาคายความร้อนที่นำไปสู่ ​​Thermal Runaway

“โครงสร้างกราฟีนที่หนาแน่นและเรียงตัวกันของเราช่วยป้องกันไม่ให้เกิดก๊าซติดไฟ และป้องกันไม่ให้ออกซิเจนแทรกซึมเข้าไปในเซลล์แบตเตอรี่ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่ร้ายแรง” ดร.จินหลง หยาง ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยเซินเจิ้นอธิบายความสามารถในการปรับขนาดและการใช้งานที่มีศักยภาพกระบวนการที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ไม่เพียงแต่ประสบความสำเร็จในห้องปฏิบัติการเท่านั้น
แต่ยังเป็นโซลูชันที่ปรับขนาดได้ ซึ่งสามารถผลิตแผ่นกราฟีนที่มีความยาวตั้งแต่เมตรไปจนถึงกิโลเมตร

ในการแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่สำคัญ นักวิจัยได้ผลิตแผ่นกราฟีนยาว 200 เมตรที่มีความหนา 17 ไมโครเมตร ฟอยล์นี้ยังคงสภาพนำไฟฟ้าได้สูงแม้จะถูกดัดงอมากกว่า 100,000 ครั้ง ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นและการ
ใช้งานขั้นสูงอื่นๆ แนวทางใหม่นี้ยังช่วยให้สามารถผลิตฟอยล์กราฟีนที่มีความหนาตามต้องการได้

ซึ่งอาจนำไปสู่แบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยยิ่งขึ้นนวัตกรรมนี้อาจส่งผลกระทบในวงกว้างต่ออนาคตของการกักเก็บพลังงาน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยานพาหนะไฟฟ้าและระบบพลังงานหมุนเวียนซึ่งความปลอดภัยและประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญที่สุด

ทีมวิจัยร่วมมือระหว่างประเทศนี้ซึ่งนำโดยศาสตราจารย์ Liqiang Mai และศาสตราจารย์ Daping He จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Wuhan ดร. Jinlong Yang จากมหาวิทยาลัย Shenzhen และ ดร. Rui Tan จากมหาวิทยาลัย Swansea ยังคงปรับปรุงกระบวนการของตนอย่างต่อเนื่องโดยยังคงพยายามลดความหนาของฟอยล์กราฟีนและปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของฟอยล์ต่อไป

นอกจากนี้ยังศึกษาเกี่ยวกับวัสดุใหม่นี้ที่นอกเหนือไปจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เช่น แบตเตอรี่แบบรีดอกซ์โฟลว์และแบตเตอรี่โซเดียมไอออน
โดยได้รับความช่วยเหลือจากกลุ่มของศาสตราจารย์ Serena Margodonna จากมหาวิทยาลัยสวอนซี

.

ที่มา  :  https://scitechdaily.com/new-graphene-technology-could-revolutionize-battery-safety-and-performance