ความก้าวหน้าในตัวเก็บประจุแบตsupercapacitorsอาจสามารถปฏิวัติวงการเทคโนโลยีแบตเตอรี่ได้

ความก้าวหน้าในตัวเก็บประจุแบตsupercapacitorsอาจสามารถปฏิวัติวงการเทคโนโลยีแบตเตอรี่ได้

ทีมนักวิจัยจาก Chalmers University of Technology ในสวีเดนได้สร้างเทคนิคที่อาจนำไปสู่ความก้าวหน้าในการผลิตไมโครตัวเก็บประจุแบตเตอรี่แบบพิเศษ
supercapacitors อาจเป็นตัวแทนของการปฏิวัติในการผลิตเทคโนโลยีแบตเตอรี่ขั้นสูง ตั้งแต่การยืดอายุการใช้งาน ไปจนถึงการชาร์จที่รวดเร็ว ด้วยเหตุนี้ผู้ผลิตทุกอย่างตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้าจึงลงทุนอย่างหนักในการวิจัยและพัฒนาส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะเหล่านี้

การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต
“เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีใหม่ๆ มันง่ายที่จะลืมไปว่าวิธีการผลิตนั้นสำคัญแค่ไหน เพื่อที่พวกมันจะสามารถผลิตได้ในเชิงพาณิชย์และสร้างผลกระทบในสังคม ที่นี่ เราได้พัฒนาวิธีการที่สามารถทำงานได้จริงในการผลิต” Agin Vyas นักศึกษาระดับปริญญาเอกของ Department of Microtechnology and Nanoscience ที่ Chalmers University of Technology และผู้เขียนนำบทความ ได้อธิบายเพิ่มเติม

ตัวเก็บประจุประกอบด้วยตัวนำไฟฟ้าสองตัวหารด้วยชั้นฉนวน โดยสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าและมีคุณสมบัติสนับสนุนมากมายที่แตกต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไป รวมถึงการชาร์จไฟที่เร็วกว่ามาก การกระจายพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นโดยไม่เกิดความเสียหายต่อประสิทธิภาพการทำงาน

เมื่อรวม supercapacitor เข้ากับแบตเตอรี่ในผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า จะสามารถยืดอายุแบตเตอรี่ได้หลายครั้ง – สูงสุดสี่เท่าสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเพื่อการพาณิชย์

เทคโนโลยีนี้ ไม่ว่าจะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แต่ละชิ้นหรือเทคโนโลยีทางอุตสาหกรรม อาจมีประโยชน์มหาศาลสำหรับผู้ผลิตและผู้บริโภค

“แน่นอนว่าจะสะดวกมากในการชาร์จอย่างรวดเร็ว เช่น รถยนต์ไฟฟ้าหรือไม่ต้องเปลี่ยนหรือชาร์จแบตเตอรี่บ่อยเท่าที่เราทำในสมาร์ทโฟนของเราในปัจจุบัน แต่ยังแสดงถึงประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมที่ดีและมีความยั่งยืนมากขึ้น หากแบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและไม่จำเป็นต้องรีไซเคิลในกระบวนการที่ซับซ้อน” Vyas ให้ความเห็น

การพัฒนาไมโครซุปเปอร์คาปาซิเตอร์
ปัจจุบัน supercapacitors ที่ใช้งานมีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับการใช้งานที่หลากหลายซึ่งหากมีขนาดเล็กกว่าก็อาจมีค่าได้ เพื่อให้ supercapacitors ทำงานได้ ตัวเก็บประจุจะต้องมีขนาดใกล้เคียงกับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ

ปัจจุบันนี้เป็นอุปสรรคในการรวมเทคโนโลยีเหล่านี้ไว้ในเทคโนโลยีเช่นโทรศัพท์มือถือหรือยานพาหนะไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบที่สำคัญของการวิจัยและพัฒนาตัวเก็บประจุยิ่งยวดในปัจจุบันจึงมุ่งเน้นไปที่การทำให้มีขนาดเล็กลงมาก ดังนั้นจึงสามารถนำไปใช้กับเทคโนโลยีที่หลากหลายขึ้น

Vyas และทีมของเขายุ่งอยู่กับการสร้างไมโครซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ซึ่งมีขนาดเล็กมากจนสามารถใส่ลงในวงจรระบบที่ควบคุมฟังก์ชันต่างๆ มากมายในโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้า และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทั้งหมดที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โซลูชันนี้เรียกว่า ‘system-on-a-chip’

การรวมไมโครซุปเปอร์คาปาซิเตอร์
ปัญหาที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือหน่วยที่น้อยที่สุดที่จำเป็นในการผลิตเพื่อให้สามารถกระทบยอดกับองค์ประกอบอื่น ๆ ในวงจรระบบและสามารถปรับแต่งได้อย่างง่ายดายสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

เอกสารใหม่ของนักวิจัยได้เปิดเผยวิธีการผลิตที่ไมโครตัวเก็บประจุรวมเข้ากับวงจรระบบการผลิตที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด (เรียกว่า CMOS)

freepik

“เราใช้วิธีการที่เรียกว่าการเคลือบแบบหมุน ซึ่งเป็นเทคนิคที่สำคัญในกระบวนการผลิตหลายๆ แบบ ซึ่งช่วยให้เราเลือกวัสดุอิเล็กโทรดต่างๆ ได้ เรายังใช้โซ่อัลคิลลามีนในกราฟีนออกไซด์ที่ลดลง เพื่อแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้นำไปสู่การชาร์จและความจุในการจัดเก็บที่สูงขึ้นได้อย่างไร” Vyas กล่าวเสริม

“วิธีการของเราสามารถปรับขนาดได้และจะเกี่ยวข้องกับต้นทุนที่ลดลงสำหรับกระบวนการผลิต ถือเป็นก้าวย่างที่ยิ่งใหญ่ในด้านเทคโนโลยีการผลิตและเป็นก้าวสำคัญสู่การประยุกต์ใช้ไมโครซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ในทางปฏิบัติทั้งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในชีวิตประจำวันและการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม” เขากล่าวสรุป

นอกจากนี้ ยังได้กำหนดเทคนิคสำหรับการพัฒนาไมโครซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ของวัสดุที่แตกต่างกันถึง 10 ชนิดในกระบวนการผลิตแบบรวมเป็นหนึ่งเดียว ซึ่งหมายความว่าสามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานขั้นสุดท้ายที่แตกต่างกัน

ที่มา : innovationnewsnetwork ,