หนึ่งในความท้าทายของการพัฒนาแบตเตอรี่คือการหาทางทำให้แบตเตอรี่สามารถจ่ายไฟได้มากขึ้นด้วยขนาดเท่าเดิม อีกด้านหนึ่งคือเรื่องความปลอดภัยในการใช้งาน ที่ต้องการกำจัดความเสี่ยงจากการระเบิดหรือลุกไหม้ของแบตเตอรี่ออกไป (หรืออย่างน้อยก็ลดความเสี่ยงที่จะได้รับความเสียหาย ดังเช่นงานวิจัยของ Stanford เรื่องระบบเตือนก่อนแบตเตอรี่ระเบิด) แต่ตอนนี้นักวิจัยแห่ง University of Michigan ได้ทำทั้ง 2 อย่างให้เป็นจริง โดยอาศัยประโยชน์จากคุณสมบัติของเคฟลาร์

ทีมวิจัยได้เลือกใช้เคฟลาร์ซึ่งมีความเป็นฉนวนทางไฟฟ้าจำนวนหลายแผ่นมาซ้อนทับกันเพื่อใช้เป็นวัสดุกั้นกลางระหว่างขั้ว cathode และ anode ซึ่งข้อดีของเคฟลาร์คือทนค่าสนามไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุแบบเดิมที่เคยใช้กัน นั่นจึงทำให้สามารถสร้างแบตเตอรี่ที่ขนาดโดยรวมบางลงแต่ยังคงจ่ายประจุไฟเลี้ยงอุปกรณ์ไฟฟ้าได้นานเท่าเดิม (อีกนัยหนึ่งคือหากออกแบบให้มีขนาดเท่าเดิม ก็จะจ่ายไฟได้มากขึ้น)

คุณสมบัติสำคัญของแบตเตอรี่ที่ใช้เคฟลาร์นี้คือการป้องกันการระเบิดหรือลุกไหม้ของแบตเตอรี่ การระเบิดหรือลุกไหม้นั้นจะเกิดขึ้นเมื่อมีการลัดวงจรระหว่างขั้ว cathode และ anode ผ่านชั้นวัสดุกั้นกลาง โดยการลัดวงจรที่ว่านี้เกิดขึ้นจากอนุภาคโลหะของขั้วไฟฟ้าที่จะสะสมในระหว่างการใช้งานแบตเตอรี่ จนเกิดเป็นโครงสร้างเนื้อโลหะรูปร่างคล้ายเฟิร์นก่อตัวรุกล้ำผ่านชั้นวัสดุกั้นกลางของแบตเตอรี่ และกลายเป็นเส้นทางนำไฟฟ้าให้ลัดวงจรระหว่างขั้ว cathode และ anode ในที่สุด ซึ่งเคฟลาร์สามารถป้องกันการเกิดโครงสร้างเนื้อโลหะคล้ายเฟิร์นที่ว่านี้ได้

สาเหตุที่เคฟลาร์สามารถป้องกันการเกิดโครงสร้างโลหะไม่พึงประสงค์จนเชื่อมต่อขั้ว cathode และ anode ได้นั้นเป็นเพราะแผ่นเคฟลาร์ที่ซ้อนทับกันหลายชั้นมีขนาดของรูระหว่างเส้นใยเล็กเพียง 15-20 นาโนเมตร ซึ่งเล็กเกินกว่าโครงสร้างโลหะขนาด 20-50 นาโนเมตรจะก่อตัวแทรกผ่านได้ ในขณะที่วัสดุกั้นกลางแบตเตอรี่อย่างอื่นไม่อาจป้องกันเรื่องนี้ได้เพราะมีขนาดรูระหว่างเส้นใยในหลักหลายร้อยนาโนเมตร

ด้วยการออกแบบแบตเตอรี่โดยอาศัยคุณสมบัติของวัสดุเคฟลาร์ดังที่กล่าวมา ทำให้ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถออกแบบผลิตภัณฑ์รุ่นใหม่ให้มีขนาดบางหรือเล็กลงได้ (หรือมีขนาดเท่าเดิมแต่ใช้งานได้นานขึ้นต่อการชาร์จแบตเตอรี่ในแต่ละครั้ง) แถมยังมั่นใจได้ยิ่งขึ้นว่าจะไม่ต้องพบเหตุการณ์แบตเตอรี่ระเบิดหรือลุกไหม้คามือ ซึ่งทีมวิจัยก็ได้ตั้งบริษัทชื่อ Elegus และมีแผนที่จะผลิตแบตเตอรี่แบบใหม่นี้เป็นสินค้าออกขายจริงภายในช่วงไตรมาสสุดท้ายของปีหน้า โดยจนถึงขณะนี้มีบริษัทกว่า 30 แห่งได้ติดต่อทีมวิจัยเพื่อขอตัวอย่างวัสดุไปทดสอบกันแล้วด้วย

ผู้ที่สนใจอยากอ่านรายละเอียดจากเอกสารงานวิจัยสร้างแบตเตอรี่โดยใช้เคฟลาร์นี้ สามารถเข้าไปศึกษาข้อมูลได้ที่นี่

ที่มา - Michigan News via Engadget