มอบรางวัลโนเบล ให้แก่ผู้กำเนิดแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน

  เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม ที่ผ่านมา ราชบัณฑิตยสภาด้านวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน (The Royal Swedish Academy of Sciences) ได้ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2019 ให้แก่ นักวิทยาศาสตร์ 3 ท่าน ได้แก่ Stanley Whittingham, John B. Goodenough และ Akira Yoshino ในฐานะผู้ร่วมพัฒนาเทคโนโลยี แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน

https://youtu.be/rgdDPHh_5es   รางวัลโนเบล เป็นรางวัลประจำปีที่ยกย่องเชิดชูความสำเร็จทางสติปัญญาอันโดดเด่นของมนุษยชาติ ที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นรางวัลอันทรงเกียรติสูงสุด ที่มอบให้แก่ผู้สร้างผลงานที่น่ายกย่องใน 6 สาขา ได้แก่ ฟิสิคส์, เคมี, วรรณกรรม, สรีรวิทยา(การแพทย์), การส่งเสริมสันติภาพ และเศรษฐศาสตร์ ผลการประกาศรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2019  ได้รับความสนใจจากคนทั้งโลก เพราะนักวิทยาศาสตร์ทั้ง 3 ท่าน ได้รับรางวัลจากผลงานการพัฒนา แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่สามารถเติมพลังงาน หรือการชาร์จไฟเข้าไปใหม่ได้ อันเป็นนวัตกรรมที่คนทั่วโลกล้วนต้องใช้ในชีวิตประจำวัน และเปลี่ยนโลกของการใช้พลังงานไปจากเดิม การพัฒนาแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน 0อย่างต่อเนื่อง ทำให้ได้แบทเตอรีรุ่นใหม่ ที่มีน้ำหนักเบา และเก็บพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อนำไปใช้กับนวัตกรรมหลากหลายอย่าง นับตั้งแต่โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์โนทบุคแบบพกพา และรถยนต์พลังงานไฟฟ้า รวมไปถึงสามารถเป็นแหล่งกักเก็บรักษาพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ และพลังงานลม "Stanley Whittingham" ปัจจุบันอายุ 77 ปี ศาสตราจารย์ประจำมหาวิทยาลัยบิงแฮมทัน มหาวิทยาลัยของรัฐที่นิวยอร์ค ประเทศสหรัฐอเมริกา "John B. Goodenough " ปัจจุบันอายุ 97 ปี ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเทกซัส ออสติน เขากลายเป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลที่มีอายุมากที่สุด ที่ยังคงทำงานวิจัยอยู่ " Akira Yoshino" ทำงานที่ Asahi Kasei Corporation ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Meijo University ณ เมืองนาโกยา ประเทศญี่ปุ่น https://youtu.be/M82KU6VlXDQ แบทเตอรีลิเธียม-ไอออน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของรถยนต์ไฟฟ้า ที่เข้ามามีบทบาทในวิถีชีวิตมนุษย์ในอนาคต อันที่จริงแล้ว แบทเตอรีที่สามารถชาร์จไฟได้นั้น เริ่มมีตั้งแต่ปี 1859 เป็นแบทเตอรีที่ทำจากตะกั่ว-กรด (lead–acid battery) ซึ่งยังคงใช้ในการเก็บพลังงานให้กับรถยนต์ประเภทเครื่องเบนซิน และดีเซล จนถึงปัจจุบัน แต่มีขนาดและน้ำหนักใหญ่มาก และให้พลังงานได้ไม่มาก ต่อมาในปี 1899 ได้มีการประดิษฐ์แบทเตอรีประเภทนิคเคิล-แคดเมียม (Nickel-Cadmium) ซึ่งมีประสิทธิภาพที่ดีกว่า และมีขนาดเล็กลง จุดเปลี่ยนแรกในการพัฒนาแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน คือ การเกิดวิกฤตน้ำมันในช่วงทศวรรษที่ 1970 จึงทำให้บรรดานักวิทยาศาสตร์ต่างหาหนทางที่จะไม่พึ่งพาพลังงานฟอสซิล M Stanley Whittingham  ซึ่งในขณะนั้น ทำวิจัยอยู่ที่บริษัทน้ำมัน Exxon Mobil ค้นพบว่า Li-ion สามารถเข้าไปแทรกอยู่ในวัสดุที่มีลักษณะเป็นชั้นๆ อย่าง Titanium disulfide (TiS2) ได้อย่างเสถียร ตามปฏิกิริยา xLi +TiS2 → LixTiS2 และพลังงานที่ได้จากการที่ Li วิ่งเข้าไปแทรกอยู่ใน TiS2 นั้นมีค่ามากถึง 2.5 V มากกว่า Ni-Cd battery ที่ให้พลังงานแค่ 1.2 V  Whittingham จึงถือเป็นคนแรกที่ประกอบ Li-ion battery ขึ้นได้สำเร็จ แต่แบทเตอรีของ Whittingham ประสบปัญหาระเบิดง่าย เพราะเมื่อชาร์จและใช้แบทเตอรีหลายรอบเข้า โลหะ Li มักจะไม่วิ่งกลับไปเป็นก้อนแบบเดิม แต่กลับงอกยาวจนแตะขั้วฝั่งตรงข้าม จึงเกิดการลัดวงจรและระเบิด   และในขณะนั้นราคาน้ำมันที่เคยขึ้นสูงกลับร่วงลง  เมื่อปัญหาของ OPEC คลี่คลายลง Exxon mobil จึงเลิกให้ทุนงานวิจัยของ Whittingham การพัฒนาจึงต้องหยุดลง   ระหว่างนั้นเอง Goodenough ก็เข้ามาสานต่องานวิจัยของ Whittingham เขามีความคิดว่า แคโธด (บริเวณด้านที่เกิดการรับอีเลคทรอนจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี) จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นถ้าแบทเตอรีทำจากออกไซด์ของโลหะ (metal oxide) แทนการใช้ซัลไฟด์โลหะ (metal sulphide) จนในปี 1980 เขาสามารถแสดงให้เห็นว่า การใช้โคบอลท์ออกไซด์ (cobalt oxide) ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับไททาเนียมไดซัลไฟด์ เข้าไปสอดตัวกับลิเธียม-ไอออน สามารถส่งผลให้มีการปล่อยกระแสไฟฟ้าได้มากถึง 4-5 V (เป็นจำนวน 2 เท่าที่ Whittingham เคยทำเอาไว้) ซึ่งเป็นการค้นพบอันสำคัญที่ทำให้แบทเตอรีมีพลังงานได้มากขึ้น แต่แบทเตอรีของ Goodenough นั้นก็ยังคงใช้โลหะ Li เป็นขั้วแอโนดอยู่ ทำให้ปัญหาการระเบิดยังไม่ได้รับการแก้ไข คนสุดท้ายที่สามารถเอางานวิจัยมาใช้ประโยชน์ได้จริง ก็คือ Akira Yoshino จากบริษัท Asahi Kasei Corporation ในญี่ปุ่น เขาลองผิดลองถูกอยู่นานจนพบว่า หากเปลี่ยนโลหะ Li ที่ขั้วแอโนด เป็น Li-ion ผสมกับถ่านที่ได้มาจากปิโตรเลียม  ทำให้ขั้วแอโนดที่ได้นี้มีความทนทานต่อการระเบิดมากขึ้น และยังทนต่อการกระแทก  แถมยังมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น มีน้ำหนักเบา พกพาสะดวก สามารถชาร์จไฟได้ใหม่เป็นร้อยครั้งก่อนที่แบทเตอรีจะเสี่อมคุณภาพไป และก็ยังให้พลังงานสูงถึง 4.1 V ดังนั้น Li-ion battery จึงถือกำเนิดขึ้นอย่างแท้จริงในปี 1985 และในปี 1991 ญี่ปุ่นสามารถผลิต Li-ion battery ออกวางจำหน่ายอย่างเป็นทางการในตลาดทั่วโลกเป็นครั้งแรก โดยตอนต้นแทนที่จะมุ่งเป้าไปที่รถยนต์ กลับโฟคัสไปที่อุปกรณ์อีเลคทรอนิคส์แบบพกพา ซึ่งตลาดกำลังมีการเจริญเติบโตเป็นอย่างมากจวบจนปัจจุบัน Li-ion battery ยังคงมีวิจัยหาวัสดุเพื่อพัฒนาแบทเตอรีใหม่ออกมาเรื่อยๆ เพื่อให้แบทเตอรีเหล่านั้นมีประสิทธิภาพดีขึ้น ราคาถูกลง ปลอดภัยขึ้น และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น แบทเตอรีลิเธียม มีความจุพลังงานมากกว่า แบบตะกั่วกรด ((lead–acid) ที่ใช้ในรถยนต์โดยทั่วไป 3-5 เท่า ซึ่งเปรียบโดยง่าย คือ เทสลา พี 85 ที่ใช้แบทเตอรีลิเธียมความจุ 85 kWh (90 กิโลวัตต์ชั่วโมง) หากเปลี่ยนมาเป็น แบบตะกั่วกรดทั่วไป แบทเตอรีจะมีน้ำหนักเกือบ 5 ตัน ! ในขณะที่ของ เทสลา นั้นหนักราวๆ 544 กก. เท่านั้น ตลาดแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และทำให้ราคาต่อหน่วยลดลงจาก 1,000 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ชั่วโมง เมื่อ 5 ปีที่แล้ว มาเป็นต่ำกว่า 150 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ชั่วโมง และยังตั้งเป้าลดลงไปในระดับ 60 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ชั่วโมงภายในปี 2023 ส่งผลให้ปริมาณความต้องการลิเธียมซึ่งเป็นวัตถุดิบที่สำคัญในการผลิตแบทเตอรีเพิ่มสูงขึ้นเป็นเงาตามตัว  ประมาณการว่าภายในปี 2025 ความต้องการลิเธียมจะสูงขึ้นกว่า 4 เท่าตัวจากราคาปัจจุบัน สาเหตุหลักที่อุปสงค์ของแบทเตอรีลิเธียม-ไอออน มีการเติบโตอย่างก้าวกระโดดนี้ มาจากการเติบโตอย่างรวดเร็วของรถยนต์ไฟฟ้าทั้งที่เป็นรถยนต์ไฟฟ้า(Electric Vehicle) รถยนต์ไฟฟ้าแบบพลัก-อิน ไฮบริด (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) และรถยนต์ไฟฟ้าแบบไฮบริด (Hybrid Electric Vehicle) ทำให้เกิดปัญหาคอขวด เนื่องจากบริษัทต้องเร่งผลิตแบทเตอรีให้เพียงพอต่อการผลิตรถยนต์ไฟฟ้า  ซึ่งแบทเตอรีที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า 1 คัน จะมีขนาดใหญ่กว่าแบทเตอรีที่ใช้ในโทรศัพท์ Smartphone ประมาณ 5,000 เท่า   การนำแบทเตอรีลิเธียม-ไอออนไปรีไซเคิลอาจเป็นทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ  เพื่อลดปัญหาขยะอีเลคทรอนิคส์ บริษัท นิสสัน (Nissan) และ ซูมิโตโม คอร์พอเรชัน (Sumitomo Corporation)ได้ร่วมกันก่อบริษัท 4R ในปี 2010 เพื่อพัฒนากระบวนการนำแบทเตอรีกลับมาใช้จนเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการรีไซเคิลแบทเตอรี และเป็นโรงงานรีไซเคิลแห่งแรกของประเทศญี่ปุ่น ที่มีความเชี่ยวชาญในด้านกระบวนการนำแบทเตอรีกลับมาใช้ และการรีไซเคิลแบทเตอรีลิเธียม-ไอออนจากรถยนต์ไฟฟ้า  ท่ามกลางความต้องการของรถยนต์ไฟฟ้าที่เพิ่มมากขึ้น   อ้างอิงข้อมูลจาก https://www.autoinfo.co.th/article/257992/ https://www.autoinfo.co.th/article/157149/