“แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน” (Lithium-ion) เป็นสิ่งที่พบได้ในของใช้หลายอย่าง ตั้งแต่สมาร์ตโฟนไปจนถึงรถยนต์ และถึงแม้โดยทั่วไปแล้วจะปลอดภัยมากหากจัดเก็บและชาร์จอย่างถูกต้อง แต่ก็มีรายงานกรณีการเกิดไฟไหม้ของแบตเตอรี่เหล่านี้หลายพันเคส ซึ่งบางครั้งอาจถึงขั้นมีผู้เสียชีวิต
แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประกอบด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ ซึ่งเป็นสารละลายของเกลือลิเทียมที่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ที่ช่วยให้ประจุไฟฟ้าไหลผ่านได้
แบตเตอรี่อาจไม่เสถียรภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง เช่น ความเสียหายทางกายภาพ เช่น การเจาะ การชาร์จไฟเกิน อุณหภูมิที่สูงเกินไป หรือข้อบกพร่องในการผลิต
เมื่อเกิดความผิดพลาด แบตเตอรี่อาจร้อนขึ้นและเกิดการลุกไหม้ได้อย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เป็นอันตรายที่เรียกว่า “ภาวะความร้อนหนีศูนย์” (thermal runaway)
ภาวะความร้อนหนีศูนย์เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ควบคุมไม่ได้ของปฏิกิริยาเคมีคายความร้อน ซึ่งทำให้อุณหภูมิภายในระบบ เช่น แบตเตอรี่ ฯลฯ เพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ อย่างรวดเร็ว
อุตสาหกรรมการบินมีความเสี่ยงต่อปัญหานี้เป็นพิเศษ เนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่มีอยู่ทั่วไปบนเครื่องบิน และไฟไหม้ในห้องโดยสารหรือห้องเก็บสัมภาระอาจเป็นอันตรายอย่างยิ่ง
ในสหรัฐฯ สำนักงานบริหารการบินแห่งสหรัฐฯ (FAA) ได้ห้ามการพกพาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนสำรองในสัมภาระที่โหลดใต้ท้องเครื่องบินมานานแล้ว และกำหนดให้แบตเตอรี่ทั้งหมดที่นำเข้าไปในห้องโดยสารต้องสามารถเข้าถึงได้ง่าย
FAA บันทึกเหตุการณ์เกี่ยวกับแบตเตอรี่ที่มีควัน ไฟ หรือความร้อนสูงผิดปกติบนเครื่องบินโดยสารและเครื่องบินขนส่งสินค้าจำนวน 89 ครั้งในปี 2024 และ 38 ครั้งในช่วงครึ่งแรกของปี 2025
เหตุการณ์เหล่านี้อาจนำไปสู่ความเสียหายทั้งหมดของเครื่องบิน เช่น เครื่องบินแอร์บัส A321 ที่ถูกไฟไหม้เสียหายอย่างหนักในเดือน ม.ค. ที่เมืองปูซาน ประเทศเกาหลีใต้ จากการตรวจสอบพบว่าสาเหตุของไฟไหม้น่าจะมาจากพาวเวอร์แบงก์ที่เก็บไว้ในช่องเก็บของเหนือศีรษะ ซึ่งทำให้สายการบินบางแห่งสั่งห้ามใช้พาวเวอร์แบงก์
แต่ความเสี่ยงจากความร้อนสูงเกินไปนั้นยังขยายไปถึงบ้านเรือน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบ้านที่เสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้จากแบตเตอรี่จักรยานไฟฟ้าหรือสกูตเตอร์ไฟฟ้า และธุรกิจทุกประเภท
จากการสำรวจของบริษัทประกันภัย Aviva ในปี 2024 ในกลุ่มธุรกิจกว่า 500 แห่งในสหราชอาณาจักร พบว่ากว่าครึ่งหนึ่งเคยประสบเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน เช่น การเกิดประกายไฟ ไฟไหม้ และการระเบิด
นักวิจัยทั่วโลกพยายามทำงานเพื่อแก้ไขปัญหานี้โดยการพัฒนาแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น เช่น การแทนที่อิเล็กโทรไลต์เหลวด้วยของแข็งหรือเจลที่ทนไฟได้ดีกว่า อย่างไรก็ตาม วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในสายการผลิตปัจจุบัน ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้ในวงกว้าง
แต่ล่าสุด ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยจีนแห่งฮ่องกงได้เสนอการเปลี่ยนแปลงในการออกแบบแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งสามารถบูรณาการเข้ากับวิธีการผลิตปัจจุบันได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสารเคมีในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีอยู่เท่านั้น
วิธีการนี้ได้รับการอธิบายอย่างละเอียดเมื่อต้นปีนี้ในงานวิจัยที่นำโดย ซุน เยว่ ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยที่ Virginia Tech
เธอบอกว่า “ฉันคิดว่าสิ่งที่ยากที่สุดที่ผู้คนจะเข้าใจเกี่ยวกับแบตเตอรี่คือ เมื่อคุณพยายามเพิ่มประสิทธิภาพ บางครั้งคุณอาจต้องลดทอนความปลอดภัย” โดยอธิบายว่า การเพิ่มประสิทธิภาพต้องเน้นที่ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่การเพิ่มความปลอดภัยเน้นที่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง
“ดังนั้นเราจึงคิดค้นวิธีการที่จะแก้ปัญหานี้โดยการออกแบบวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ ซึ่งสามารถให้ประสิทธิภาพได้ดีที่อุณหภูมิห้อง แต่ยังสามารถให้ความเสถียรได้ดีที่อุณหภูมิสูงได้ด้วย” ซุนกล่าว
โดยทั่วไปแล้ว ไฟไหม้แบตเตอรี่จะเริ่มต้นเมื่อส่วนหนึ่งของอิเล็กโทรไลต์แตกตัวภายใต้ความเครียดและปล่อยความร้อนออกมาในปฏิกิริยาลูกโซ่ การออกแบบของซุนและทีมวิจัยใช้อิเล็กโทรไลต์แบบใหม่ที่มีตัวทำละลาย 2 ชนิดเพื่อหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่นี้
ที่อุณหภูมิห้อง ตัวทำละลายชนิดแรกจะช่วยรักษาสภาพโครงสร้างทางเคมีของแบตเตอรี่ให้แน่น ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานดีที่สุด แต่หากแบตเตอรี่เริ่มร้อนขึ้น ตัวทำละลายชนิดที่สองจะเข้ามาทำหน้าที่แทนและป้องกันการเกิดไฟไหม้โดยการคลายโครงสร้างนั้นและชะลอการเกิดปฏิกิริยาที่อาจส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไป
ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ แบตเตอรี่ที่มีการออกแบบใหม่นี้ เมื่อถูกเจาะด้วยตะปู พบว่าอุณหภูมิสูงขึ้นเพียง 3.5 องศาเซลเซียส ต่างจากแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมที่หากถูกเจาะจะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 555 องศาเซลเซียส
นักวิจัยกล่าวว่า แบตเตอรี่แบบใหม่ไม่มีผลกระทบเชิงลบต่อประสิทธิภาพหรือความทนทานของแบตเตอรี่ และยังคงรักษาความจุได้มากกว่า 80% หลังจากการชาร์จ 1,000 รอบ
ลู่ อี้ชุน ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและระบบอัตโนมัติแห่งมหาวิทยาลัยจีนแห่งฮ่องกง หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า “เนื่องจากสิ่งประดิษฐ์ของเราคืออิเล็กโทรไลต์ จึงสามารถนำไปใช้ในระบบที่มีจำหน่ายทั่วไปได้อย่างง่ายดาย โดยพื้นฐานแล้วคุณเพียงแค่เปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์ใหม่เข้าไป”
เขาเสริมว่า “ในกระบวนการผลิต ส่วนที่ยากที่สุดคืออิเล็กโทรด หรือส่วนที่เป็นของแข็ง แต่เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ที่เราเปลี่ยนนั้นเป็นของเหลว คุณจึงสามารถฉีดเข้าไปในเซลล์ได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ใหม่หรือกระบวนการใหม่ใด ๆ”
สูตรทางเคมีใหม่นี้จะทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่ลู่กล่าวว่า เมื่อผลิตในปริมาณมาก ราคาจะอยู่ในระดับที่ใกล้เคียงกันมากกับแบตเตอรี่ในปัจจุบัน
ทีมวิจัยเปิดเผยว่า สนใจที่จะนำแนวคิดนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ และกำลังหารือกับผู้ผลิตแบตเตอรี่เพื่อนำการออกแบบนี้ออกสู่ตลาด ซึ่งอาจใช้เวลาประมาณ 3-5 ปี
ในการทดสอบ นักวิจัยได้สร้างแบตเตอรี่ขนาดใหญ่พอที่จะใช้กับแท็บเล็ตได้ แต่ลู่กล่าวว่า จำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม เพื่อขยายขนาดการออกแบบให้ใหญ่ขึ้นจนเหมาะสมกับขนาดที่สามารถใช้ในรถยนต์ได้
อ่านงานวิจัยฉบับเต็ม ที่นี่
เรียบเรียงจาก CNN
- คอนเทนต์พิเศษ
สำหรับคุณ - TOP ต่างประเทศ
- วิดีโอยอดนิยม
