หนึ่งในสมบัติของแบตเตอรี่ที่เราอยากได้คือ แบตเตอรี่ที่ใช้งานได้ยาวนานและไม่เสื่อมเร็ว ซึ่งเป็นโจทย์หนึ่งที่นักวิจัยให้ความสำคัญ โดย ดร.ทรงยุทธ แก้วมาลา นักวิจัยสถาบันและนวัตกรรมวัสดุนาโนเพื่อพลังงาน มหาวิทยาลัยขอนแก่น และคณะ ได้ร่วมกับ ดร.วันวิสา ลิมพิรัตน์ นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียง สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ใช้เทคนิคแสงซินโครตรอนศึกษาผลของอัตราการอัดและคายประจุต่อความเสถียรของรอบการใช้งานและความสามารถในการส่งผ่านลิเทียมไอออนในวัสดุขั้วบวกเลเยอร์ออกไซด์เมื่อผ่านการใช้งานหลายๆ รอบ

ทั้งนี้ ทีมวิจัยได้ใช้แสงซินโครตรอนศึกษาวัสดุขั้วบวกเลเยอร์ออกไซด์สำหรับแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง ด้วยเทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (X-ray Absorption Spectroscopy : XAS) ร่วมกับการคำนวณเชิงคอมพิวเตอร์ และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง (High-resolution transmission electron microscopy : HRTEM) เพื่อศึกษาโครงสร้างในระดับอะตอมและระดับจุลภาคของวัสดุขั้วบวกเลเยอร์ออกไซด์

 

จากการศึกษาพบว่าความเร็วในการอัดและคายประจุมีผลต่อความเสถียรทางโครงสร้างของวัสดุดังกล่าว โดยการอัดและคายประจุอย่างช้าๆ จะทำให้วัสดุเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากแบบเลเยอร์เป็นแบบสปินเนล และเกิดความเสียหายทางโครงสร้างอย่างรวดเร็วระหว่างการเกิดปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี ซึ่งจะส่งผลให้มีรอบการใช้งานที่สั้น ในขณะที่การอัดและคายประจุเร็วจะทำให้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากแบบเลเยอร์เป็นแบบสปินเนลและเกิดความเสียหายทางโครงสร้างอย่างช้าๆ ซึ่งทำให้มีรอบการใช้งานยาวนานขึ้น นอกจากนี้พบว่าขั้วไฟฟ้าที่ผ่านการอัดและคายประจุอย่างรวดเร็ว จะมีค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านลิเทียมไอออนสูงกว่าขั้วไฟฟ้าที่ผ่านการอัดและคายประจุอย่างช้าๆ เมื่อผ่านการใช้งานหลายๆ รอบ

 

จากผลการวิจัยนี้ ทำให้ได้องค์ความรู้ใหม่เกี่ยวกับปัจจัยการใช้งานที่มีผลต่ออายุการใช้งานและเป็นแนวทางในการใช้งานของวัสดุขั้วบวกเลเยอร์ออกไซด์ในแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด และยังชี้ให้เห็นว่าวัสดุขั้วบวกชนิดนี้เหมาะสำหรับการใช้งานในระบบที่ต้องการความหนาแน่นพลังงานและกำลังไฟฟ้าสูง เช่น ยานยนต์ไฟฟ้าและระบบกักเก็บพลังงาน เป็นต้น

 

 

 

 

ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของวัสดุเลเยอร์ออกไซด์เมื่อผ่านการอัดและคายประจุด้วยอัตราที่ต่างกัน

 

เอกสารอ้างอิง
Songyoot Kaewmala, Wanwisa Limphirat, Visittapong Yordsri, Jeffrey Nash, Sutham Srilomsak, Aniwat Kesorn, Pimpa Limthongkul, and Nonglak Meethong J. Mater. Chem. A, 2021,9, 14004-14012, Impact factor: 12.732