ประเภทใหม่ของแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าจากการศึกษาล่าสุดพบว่า สามารถอยู่รอดได้นานขึ้นในอุณหภูมิที่ร้อนจัดและเย็นจัด

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าแบตเตอรี่ดังกล่าวจะช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าวิ่งได้ไกลขึ้นต่อการชาร์จหนึ่งครั้งในสภาพอากาศหนาวเย็น และจะลดโอกาสการเกิดความร้อนสูงเกินไปในสภาพอากาศร้อน

สิ่งนี้จะส่งผลให้ผู้ขับขี่รถยนต์ไฟฟ้าไม่ต้องชาร์จไฟบ่อยนัก และยังช่วยให้...แบตเตอรี่อายุยืนยาวขึ้น

ทีมวิจัยชาวอเมริกันได้สร้างสารใหม่ที่มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำได้ดีกว่า และเหมาะสมที่จะนำไปใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงานสูง

ศาสตราจารย์เจิ้ง เฉิน จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย-ซานดิเอโก ผู้เขียนหลัก กล่าวว่า “คุณจำเป็นต้องใช้งานที่อุณหภูมิสูงในพื้นที่ที่อุณหภูมิแวดล้อมอาจสูงถึงเลขสามหลัก และถนนก็ร้อนจัดยิ่งกว่านั้น”

“ในรถยนต์ไฟฟ้า ชุดแบตเตอรี่มักจะอยู่ใต้พื้นรถ ใกล้กับพื้นถนนที่ร้อนจัด นอกจากนี้ แบตเตอรี่จะร้อนขึ้นเพียงแค่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขณะใช้งาน”

“หากแบตเตอรี่ไม่สามารถทนต่อความร้อนสูงในระดับสูงได้ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างรวดเร็ว”

ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันจันทร์ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences นักวิจัยได้อธิบายว่าในการทดสอบ แบตเตอรี่สามารถรักษาพลังงานได้ 87.5 เปอร์เซ็นต์และ 115.9 เปอร์เซ็นต์ที่อุณหภูมิ -40 องศาเซลเซียส (-104 องศาฟาเรนไฮต์) และ 50 องศาเซลเซียส (122 องศาฟาเรนไฮต์) ตามลำดับ

นอกจากนี้ แบตเตอรี่ทั้งสองยังมีประสิทธิภาพคูลอมบิกสูงถึง 98.2 เปอร์เซ็นต์และ 98.7 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่สามารถผ่านรอบการชาร์จได้มากขึ้นก่อนที่จะหยุดทำงาน

สาเหตุเกิดจากอิเล็กโทรไลต์ที่ประกอบด้วยเกลือลิเธียมและไดบิวทิลอีเทอร์ ซึ่งเป็นของเหลวไม่มีสีที่ใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภท เช่น ยาและยาฆ่าแมลง

ไดบิวทิลอีเทอร์มีประโยชน์เพราะโมเลกุลของมันไม่ทำปฏิกิริยากับลิเธียมไอออนได้ง่ายในขณะที่แบตเตอรี่ทำงาน และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง

นอกจากนี้ ไดบิวทิลอีเทอร์ยังทนความร้อนได้ดี โดยมีจุดเดือดที่ 141 องศาเซลเซียส (285.8 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่งหมายความว่ามันยังคงอยู่ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิสูง

สิ่งที่ทำให้อิเล็กโทรไลต์นี้พิเศษคือ สามารถนำไปใช้กับแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ ซึ่งเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จได้ โดยมีขั้วบวกทำจากลิเธียมและขั้วลบทำจากซัลเฟอร์

ขั้วบวกและขั้วลบเป็นส่วนประกอบของแบตเตอรี่ที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

แบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์เป็นก้าวสำคัญต่อไปของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันถึงสองเท่าต่อกิโลกรัม

วิธีนี้อาจเพิ่มระยะทางการวิ่งของรถยนต์ไฟฟ้าเป็นสองเท่าโดยไม่ต้องเพิ่มน้ำหนักแบตเตอรี่แพ็คของโดยประหยัดค่าใช้จ่าย

นอกจากนี้ กำมะถันยังมีปริมาณมากกว่าและก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์น้อยกว่าโคบอลต์ ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ใช้ในแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม

โดยทั่วไป แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์มักมีปัญหาอยู่ประการหนึ่ง คือ แคโทดซัลเฟอร์มีความไวต่อปฏิกิริยาสูงมากจนละลายไปเมื่อแบตเตอรี่ทำงาน และปัญหานี้จะยิ่งรุนแรงขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

และขั้วบวกโลหะลิเธียมสามารถก่อตัวเป็นโครงสร้างคล้ายเข็มที่เรียกว่าเดนไดรต์ ซึ่งสามารถแทงทะลุส่วนต่างๆ ของแบตเตอรี่ ทำให้เกิดการลัดวงจรได้

ด้วยเหตุนี้ แบตเตอรี่เหล่านี้จึงใช้งานได้เพียงไม่กี่สิบรอบเท่านั้น

สารอิเล็กโทรไลต์ไดบิวทิลอีเทอร์ที่พัฒนาโดยทีมงานจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก สามารถแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้ แม้ในอุณหภูมิที่สูงมาก

แบตเตอรี่ที่พวกเขาทดสอบมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์ทั่วไปมาก

“หากคุณต้องการแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง โดยทั่วไปแล้วคุณจะต้องใช้ปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรงและซับซ้อนมาก” เฉินกล่าว

“พลังงานสูงหมายถึงปฏิกิริยาเกิดขึ้นมากขึ้น ซึ่งหมายถึงความเสถียรลดลง และการเสื่อมสภาพมากขึ้น”

“การสร้างแบตเตอรี่พลังงานสูงที่มีเสถียรภาพนั้นเป็นงานที่ยากอยู่แล้ว การพยายามทำเช่นนั้นในอุณหภูมิที่หลากหลายยิ่งท้าทายกว่า”

“สารอิเล็กโทรไลต์ของเราช่วยปรับปรุงทั้งด้านแคโทดและด้านแอโนด พร้อมทั้งให้การนำไฟฟ้าสูงและเสถียรภาพของส่วนต่อประสาน”

ทีมวิจัยยังได้ปรับปรุงโครงสร้างของแคโทดซัลเฟอร์ให้มีความเสถียรมากขึ้นโดยการเชื่อมต่อเข้ากับพอลิเมอร์ ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้ซัลเฟอร์ละลายเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์มากขึ้น

ขั้นตอนต่อไปคือการพัฒนาเคมีของแบตเตอรี่ให้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น และจะช่วยยืดอายุการใช้งานให้ยาวนานยิ่งขึ้น