ระวังกระดาษช็อต!พัฒนากระดาษจุพลังงานไฟฟ้า

แหล่งเก็บพลังงานไฟฟ้า มีได้หลายรูปแบบ ทั้งแบตเตอรีและตัวเก็บประจุ แต่วันหนึ่งเราอาจจะมีแบบที่บางๆ เป็นกระดาษก็เป็นได้ เมื่อล่าสุด นักวิจัยที่ศูนย์ปฏิบัติการวิจัยอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ มหาวิทยาลัยลินเชอปิง ในสวีเดน พัฒนากระดาษจุพลังงานไฟฟ้า อันเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่มีความสามารถในการกักเก็บพลังงาน โดยกระดาษชนิดนี้ทำมาจากนาโนเซลลูโลส และโพลิเมอร์นำไฟฟ้า

นักวิจัยได้เผยแพร่ผลงานนี้ในวารสารวิชาการ Advanced Science แล้ว โดยเผยว่ากระดาษนี้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 เซนติเมตร หนาเพียง 0.2-0.3 มิลลิเมตรเท่านั้น สามารถจุดไฟฟ้าได้มากถึง 1 ฟารัด ซึ่งเทียบเท่ากับตัวเก็บประจุยิ่งยวด ที่ใช้กันในท้องตลาด วัสดุชนิดนี้สามารถนำมาชาร์จไฟใหม่ได้หลายร้อยครั้ง และแต่ละครั้งใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีเท่านั้น

วัสดุชนิดนี้ถือเป็นวัสดุในฝัน เพราะโลกเราจะเป็นต้องใช้พลังงานหมุนเวียนมากขึ้น แต่การจะใช้พลังงานหมุนเวียนนั้นจำเป็นต้องมีวิธีการใหม่ในการจัดเก็บพลังงาน เช่น เก็บจากฤดูร้อนให้อยู่ถึงฤดูหนาว เก็บจากวันที่ลมแรงให้มีพลังงานใช้ในวันที่ลมสงบ และเก็บจากวันที่มีแสงแดดให้ใช้ได้ในวันที่มีเมฆมาก

"ปกติเราก็มีฟิล์มที่มีหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุอยู่แล้ว แต่สิ่งที่เราทำคือ สร้างวัสดุแบบนี้ออกมาในรูปแบบสามมิติ เราสามารถสร้างออกมาเป็นแผ่นหนาๆได้" ศาสตราจารย์ ซาเวียร์ คริสปิง แห่งศูนย์ปฏิบัติการวิจัยอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ เผย โดยงานนี้ยังได้รับความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยอื่นๆในสวีเดน เดนมาร์ก และสหรัฐอเมริกาอีกด้วย

กระดาษเก็บพลังงานนี้อาจจะดูและสัมผัสคล้ายกับกระดาษพลาสติก นักวิจัยบางคนสามารถนำไปพับนกได้ ซึ่งบอกได้ว่ากระดาษนี้แข็งแกร่งมากเพียงใด

โครงสร้างพื้นฐานของวัสดุชนิดนี้คือ นาโนเซลลูโลส ซึ่งเป็นเส้นใยเซลลูโลสอุดมไปด้วยน้ำที่ถูกทำให้แตกออกเป็นเส้นใยเล็กๆ และบางจนมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 20 นาโนเมตร นักวิจัยทำการเติมโพลิเมอร์นำไฟฟ้า (PEDOT:PSS) เข้าไปในสารละลายของเส้นใย และทำให้โพลิเมอร์เหล่านี้ก่อตัวเป็นชั้นเคลือบเส้นใยบางๆ

"เส้นใยที่ถูกเคลือบจะพันกัน โดยที่น้ำที่อยู่ระหว่างเส้นใยจะทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้า" เจสเปอร์ เอดเบิร์ก นักศึกษาปริญญาเอกอธิบาย

วัสดุเซลลูโลส-โพลิเมอร์ชนิดใหม่นี้ทำลายสถิติโลกในการทำให้ไอออนและอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้พร้อมกัน ซึ่งเป็นการบอกว่าวัสดุนี้จุพลังงานได้มากเพียงใด นอกจากนี้ยังจะทำให้เกิดการต่อยอดเพื่อพัฒนาต่อเป็นวัสดุเก็บพลังงานสูงต่อไปได้

สถิติโลกที่วัสดุนี้สร้างไว้คือ เป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ที่เก็บประจุได้สูงสุดคือ 1 คูลอมป์ และ 2 ฟารัด เป็นตัวนำไฟฟ้าอินทรีย์ที่ให้กระแสงสูงสุดที่ 1 แอมแปร์ สามารถนำไอออนและอิเล็กตรอนพร้อมกันได้สูงสุด

ความแตกต่างของวัสดุนี้กับแบตเตอรีหรือตัวเก็บประจุที่มีอยู่ในท้องตลาดคือ กระดาษเก็บไฟฟ้าเหล่านี้ถูกทำขึ้นจากวัสดุที่หาง่าย เป็นเซลลูโลสที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ และโพลิเมอร์ที่ใช้ก็หาได้ง่าย มีน้ำหนักเบา ไม่มีวัสดุอันตรายหรือโลหะหนัก แถมยังกันน้ำได้อีกด้วย

และก้าวต่อไปคือการทำให้กระดาษเหล่านี้คายน้ำออกมาได้เมื่อนำไปทำกระดาษจริงๆ รวมถึงการต่อยอดให้สามารถผลิตได้มากๆในอุตสาหกรรม

อ้างอิง: Linköping University. (2015, December 3). Storing electricity in paper: An organic mixed ion-electron conductor for power electronics. ScienceDaily. Retrieved December 4, 2015 from www.sciencedaily.com/releases/2015/12/151203111337.htm

งานวิจัย:Abdellah Malti, Jesper Edberg, Hjalmar Granberg, Zia Ullah Khan, Jens W. Andreasen, Xianjie Liu, Dan Zhao, Hao Zhang, Yulong Yao, Joseph W. Brill, Isak Engquist, Mats Fahlman, Lars Wågberg, Xavier Crispin, Magnus Berggren. An Organic Mixed Ion-Electron Conductor for Power Electronics. Advanced Science, 2015; DOI:10.1002/advs.201500305