แบตเตอรี่และซูเปอร์คาปาซิเตอร์ ที่ทำจากวัสดุที่ได้จากผลพลอยได้จากข้าว คือ แกลบ เป็นหัวใจสำคัญของกิจกรรมการวิจัยที่ดำเนินการโดย ENEA ของมหาวิทยาลัย Sapienza แห่งกรุงโรม และมหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคแห่งตูริน ผลลัพธ์แรกที่ตีพิมพ์ในวารสารระดับนานาชาติ Molecules และ Journal of Energy Storage แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีในอนาคตอาจอาศัยวัสดุนาโนโครงสร้างที่เป็นนวัตกรรมใหม่สองชนิด ได้แก่ คาร์บอนแอโรเจลและกราฟีนควอนตัมดอท ซึ่งผลิตจากเซลลูโลสที่พบในชีวมวลทั่วไปที่มีอยู่อย่างแพร่หลาย
“แอโรเจลคาร์บอนแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าสูง ทำให้สามารถพัฒนาอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพและใช้งานได้ยาวนาน ในขณะเดียวกัน จุดควอนตัมกราฟีนก็พิสูจน์แล้วว่าสามารถกักเก็บประจุบนพื้นผิวและแทรกไอออนลิเธียมไว้ภายในได้ แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการเป็นวัสดุขั้วบวกสำหรับการพัฒนาระบบจัดเก็บพลังงานขั้นสูง” แอนนาลิซา ออโรรา ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยและนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีและอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานทางเคมีไฟฟ้า ENEA (ภาควิชาเทคโนโลยีพลังงานและแหล่งพลังงานหมุนเวียน) กล่าวอธิบาย
คาร์บอนแอร์เจลเป็นวัสดุที่มีรูพรุนสูงและนวัตกรรมใหม่ มักถูกอธิบายว่าเป็น ‘ฟองน้ำแข็ง’ เพราะถึงแม้จะมีโครงสร้างสามมิติที่กะทัดรัด แต่ก็ประกอบด้วยอากาศมากกว่า 90% คุณลักษณะนี้ทำให้มันมีน้ำหนักเบามาก ในขณะเดียวกันก็ทนทานและมีเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้า คาร์บอนประกอบด้วยคาร์บอนเพียงอย่างเดียว เป็นธาตุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ทางเคมีไฟฟ้าในรูปของกราไฟต์หรือคาร์บอนแข็ง ในรูปแบบโครงสร้างนาโนอื่นๆ (กราฟีน กราฟีนออกไซด์ ท่อนาโน และควอนตัมดอต) คาร์บอนสามารถเพิ่มคุณสมบัติการนำไฟฟ้าได้ และที่สำคัญที่สุดคือมีอยู่มากมายในของเสียจากพืช
งานวิจัยนี้ใช้คาร์บอนแอร์เจลที่ได้จากเซลลูโลสในเปลือกข้าว (38% โดยน้ำหนัก) ซึ่งผ่านกระบวนการก่อตัวเป็นเจล การอบแห้ง และการเผาไหม้เป็นคาร์บอนในภายหลัง โครงสร้างที่ได้ทำให้วัสดุมีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะตัว เช่น การนำไฟฟ้าสูงและความเบา ทำให้มีศักยภาพเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับแบตเตอรี่และซูเปอร์คาปาซิเตอร์
“ผลการวิจัยของเราบ่งชี้ว่า ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดนั้นได้มาจากการใช้คาร์บอนแอโรเจลที่ได้จากเซลลูโลสเจลที่มีความเข้มข้นของเซลลูโลสบริสุทธิ์สูงสุด (7%) แม้ว่าจะมี kapasitas การกักเก็บพลังงานต่ำกว่าวัสดุอื่นๆ แต่ก็โดดเด่นในด้านความเสถียรและความทนทานทางเคมีไฟฟ้าสูง แม้หลังจากใช้งานไปหลายพันรอบแล้วก็ตาม” ออโรร่ากล่าว
“จากการเริ่มต้นโดยใช้คาร์บอนไฮโดรเจล นักวิจัยสามารถผลิตอนุภาคกราฟีนควอนตัมดอตได้อย่างรวดเร็วและยั่งยืน ซึ่งเป็นอนุภาคกราฟีนขนาดเล็กที่มีความหนาใกล้เคียงกับอะตอมเดียว ในระดับที่เล็กมากเช่นนี้ วัสดุจะได้รับคุณสมบัติพิเศษ เช่น ความสามารถในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าบนพื้นผิวและอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียม ด้วยเหตุนี้ จึงถือว่าเป็นวัสดุศูนย์มิติที่มีศักยภาพสูง ซึ่งควรได้รับการสำรวจเพิ่มเติมร่วมกับวัสดุที่มีโครงสร้างและเสถียรภาพมากกว่าอื่นๆ เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานใหม่ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น” นักวิจัยจาก ENEA สรุป
ใส่ความเห็น