เรียบเรียงบทความโดย รศ.ดร.นงลักษณ์ มีทอง และคณะ
วัสดุนาโนคอมโพสิตซิลิกา-คาร์บอนเป็นวัสดุขั้วแอโนดที่มีศักยภาพสูง และได้รับการศึกษาวิจัยกันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม กลไกการกักเก็บพลังงานที่ซับซ้อนยังคงเป็นข้อจำกัดในการพัฒนาวัสดุเพื่อใช้เป็นขั้วแอโนดสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนในเชิงพาณิชย์
งานวิจัยนี้ จึงใช้การจำลองทางคอมพิวเตอร์เพื่อศึกษาพฤติกรรมของลิเทียมไอออน ขณะที่มีการอัด-คายประจุภายในวัสดุดังกล่าว โดยพบว่า ลิเทียมไอออนกับโมเลกุลของซิลิกาบนระนาบคาร์บอนมีพลังงานยึดเหนี่ยวสูงกว่าวัสดุคอมโพสิตชนิดอื่น ๆ ซึ่งสอดคล้องกับสมบัติทางไฟฟ้าเคมีที่ดีขึ้นในวัสดุนาโนคอมโพสิตที่สังเคราะห์ได้จากแกลบข้าว โดยวัสดุคาร์บอนพรุนที่ห่อหุ้มอนุภาคของนาโนซิลิกาเอาไว้ ไม่เพียงแต่เพิ่มสมบัติการนำไฟฟ้า แต่ยังสามารถเพิ่มตำแหน่งของการเข้าทำปฏิกิริยา ณ บริเวณรอยต่อของวัสดุทั้งสองชนิด ส่งผลให้มีปริมาณการกักเก็บไอออนสูงขึ้น และชะลอการขยายตัวของวัสดุนาโนซิลิการะหว่างที่มีการอัดและคายประจุที่อัตรากระแสสูง (Enabled fast-charging)
งานวิจัยนี้อาศัยการทำงานร่วมกันระหว่างการจำลองผลทางคอมพิวเตอร์ (First-principles calculations) และการทดลองจริงในห้องปฏิบัติการ (Experiments) ส่งผลให้ค้นพบกลไกการกักเก็บพลังงานแบบใหม่ ณ บริเวณรอยต่อของวัสดุนาโนคอมโพสิต (Additional storage pathways for Li+) ที่สามารถช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีของวัสดุได้อย่างยอดเยี่ยม ทำให้ได้แบตเตอรี่ที่มีค่าความจุ และกำลังไฟฟ้าสูงขึ้น อายุการใช้งานที่ยาวนาน และราคาถูกลง สำหรับการนำไปใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้า และอื่น ๆ ซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้จากแกลบข้าวเพียงอย่างเดียว โดยไม่มีการเจือสารชนิดอื่นเข้าไปในวัสดุคอมโพสิต
งานวิจัยนี้ได้รับคัดเลือกให้เป็นเป็นปกของวารสาร Advanced Materials Interfaces โดยสามารถอ่านบทความวิจัยฉบับเต็มได้ที่ลิ้งด้านล่างนี้ครับ
