ทีมวิจัยที่นำโดย Yury Gogotsi อาจารย์คณะวิศวกรรมที่มหาวิทยาลัย Drexel University ในสหรัฐอเมริกา ได้ใช้วัสดุสองมิติที่นำไฟฟ้าได้สูงซึ่งเรียกว่า MXene มาสร้างเป็นขั้วไฟฟ้าที่สามารถทำให้แบตเตอรี่ชาร์จไฟได้เร็วอย่างเหลือเชื่อ
“ผลงานนี้ได้โต้แย้งความเชื่อที่ว่าแบตเตอรี่ชาร์จไฟได้ช้ากว่าตัวเก็บประจุยิ่งยวดอยู่เสมอ” Gogotsi กล่าว “เราได้แสดงการชาร์จไฟของขั้วไฟ MXene ในเวลาเป็นมิลลิวินาที มันเป็นไปได้ด้วยคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่สูงมากของ MXene มันเป็นการปูทางสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์เก็บพลังงานที่สามารถชาร์จไฟและจ่ายไฟได้ภายในเวลาไม่กี่วินาที แต่สามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าตัวเก็บประจุยิ่งยวดในปัจจุบันอย่างมาก”
โครงสร้างของขั้วไฟก็มีความสำคัญไม่แพ้ตัววัสดุ ปกติแล้วประจุและไอออนจะเก็บอยู่ในพอร์ตที่เรียกว่า Redox Active Sites ถ้ามีพอร์ตนี้มากแบตเตอรี่ก็จะเก็บพลังงานไว้ได้มาก ขั้วไฟ MXene ใหม่นี้ไม่เพียงแต่จะมีพอร์ตจำนวนมาก มันยังเต็มไปด้วยรูพรุนมากมายซึ่งเป็นช่องทางให้ไอออนจำนวนมากเข้าถึงพอร์ตได้ในเวลาเดียวกัน
“ในแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบเดิมนั้น เส้นทางสำหรับไอออนไปยังพอร์ตมันจะคดเคี้ยววกวนซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้ทุกอย่างช้าลง ยังทำให้มีไอออนที่ไปถึงจุดหมายด้วยอัตราความเร็วสูงมีจำนวนน้อยมาก” Maria Lukatskaya นักวิจัยอีกคนกล่าว “โครงสร้างขั้วไฟที่ดีต้องให้ไอออนสามารถเคลื่อนที่ไปยังพอร์ตได้หลายช่องทางแบบซุปเปอร์ไฮเวย์แทนที่จะเป็นถนนเลนเดียว การออกแบบขั้วไฟแบบมีรูพรุนของเราสามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้ จึงชาร์จไฟได้เร็วเพียงแค่สองสามวินาทีหรือต่ำกว่านั้น”
แต่ก่อนที่สิ่งนี้จะสามารถใช้งานกับอุปกรณ์เก็บพลังงานได้จริง ทีมงานจะต้องเพิ่มปริมาณการผลิตวัสดุให้ได้เสียก่อน ปัจจุบันพวกเขาผลิตในห้องแล็บได้ทีละ 100 กรัม จำเป็นต้องให้ได้มากกว่านี้หากจะใช้สำหรับอุปกรณ์เก็บพลังงาน
นอกจากนี้ทีมงานยังต้องคิดค้นในเรื่องการเพิ่มความจุของพลังงานสำหรับวัสดุใหม่นี้ด้วย “เรากำลังพัฒนาขั้วแอโนดที่เข้าคู่กับขั้วแคโทดที่เป็น MXene ซึ่งจะช่วยขยายแรงดันไฟฟ้าที่จะทำให้ความจุของพลังงานเพิ่มเป็นเท่าตัว” Gogotsi กล่าว
ข้อมูลและภาพจาก drexel.edu, imeche.org