นักวิจัยพบโปรตีนจากข้าวโพด ช่วยให้แบตฯ EV ราคาถูกลง และใช้งานได้นานขึ้น

ใครจะไปคิดว่า 'ข้าวโพด' จะช่วยยืดอายุแบตเตอรี่ได้ ?

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันค้นพบว่า โปรตีนจากข้าวโพดที่ชื่อว่า 'ซีอิน' (zein) สามารถช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ได้ ซึ่งอาจเป็นทางเลือกใหม่ที่ ถูกกว่า เบากว่า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม กว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

ลิเธียม-ซัลเฟอร์ แบตเตอรี่ที่น่าสนใจ แต่ยังมีข้อจำกัด

แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพ เพราะมีน้ำหนักเบา ราคาถูก และใช้วัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เพราะซัลเฟอร์ไม่เป็นพิษและหาได้ง่ายในธรรมชาติ แต่ปัญหาใหญ่คืออายุการใช้งานที่สั้น และความไม่เสถียรเมื่อต้องชาร์จหรือจ่ายไฟ

ในระหว่างการใช้งาน ซัลเฟอร์จากขั้วลบอาจหลุดลอยไปในของเหลวภายใน แล้วไปทำปฏิกิริยากับลิเธียมฝั่งตรงข้าม ส่งผลให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วขึ้น อีกปัญหาคือ ลิเธียมสามารถรวมตัวเป็นเสี้ยนโลหะเล็ก ๆ ที่เรียกว่า "เดนไดรต์" ซึ่งอาจแทงทะลุชั้นกั้นในแบตเตอรี่และทำให้เกิดลัดวงจรได้

โปรตีนจากข้าวโพดช่วยอย่างไร?

นักวิจัยทดลองนำโปรตีน 'ซีอิน' มาช่วยเคลือบบาง ๆ บนชั้นกั้นกลาง (separator) ซึ่งเป็นแผ่นบาง ๆ ที่คั่นระหว่างขั้วลบและขั้วบวกของแบตเตอรี่

ผลปรากฏว่า ชั้นโปรตีนนี้สามารถช่วยป้องกันไม่ให้ซัลเฟอร์ไหลข้ามไปอีกฝั่งได้ อีกทั้งยังช่วยลดโอกาสที่เดนไดรต์จะก่อตัวขึ้น ซึ่งช่วยให้แบตเตอรี่ทำงานได้เสถียรมากขึ้น

เพื่อให้ซีอินทำงานได้ดียิ่งขึ้น ทีมวิจัยยังเติมพลาสติกชนิดยืดหยุ่นลงไปเล็กน้อย เพื่อให้โครงสร้างของโปรตีนคลายตัว ทำให้กรดอะมิโนในโปรตีนสามารถโต้ตอบกับส่วนต่าง ๆ ภายในแบตเตอรี่ได้มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพโดยรวมได้อย่างชัดเจน

ทดลองแล้ว ใช้งานได้นานขึ้นจริงไหม 

จากการทดลองในห้องแล็บ ทีมวิจัยสามารถผลิตแบตเตอรี่ขนาดเล็ก (แบบ coin cell) ที่ชาร์จและใช้งานได้ยาวนานถึง 500 รอบ ซึ่งมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ทั่วไปหลายเท่า การทดลองนี้มีทั้งผลการทดสอบจริงและข้อมูลจากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์มารองรับ

ใช้วัสดุจากธรรมชาติ ถูกกว่าและยั่งยืนกว่า

ข้อดีอีกอย่างคือวัสดุที่ใช้ล้วนยั่งยืนและหาได้ง่าย ซัลเฟอร์เป็นของเหลือจากกระบวนการกลั่นน้ำมัน ส่วนซีอินก็มาจากข้าวโพด ซึ่งเป็นพืชที่ปลูกได้ทั่วโลก ต่างจากแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนที่ต้องใช้แร่หายากอย่างโคบอลต์หรือนิกเกิล ซึ่งต้นทุนสูงและมักมาพร้อมปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมและแรงงาน

ตัวแบตเตอรี่ที่ออกแบบใหม่นี้ยังมีน้ำหนักเบา แต่เก็บพลังงานได้มาก จึงเหมาะกับการใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่รถยนต์ไฟฟ้าไปจนถึงระบบเก็บพลังงานจากแสงอาทิตย์

แม้ว่าตอนนี้จะยังอยู่ในขั้นทดลองกับแบตเตอรี่ขนาดเล็ก แต่ทีมนักวิจัยตั้งเป้าว่าจะร่วมมือกับภาคอุตสาหกรรม เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้ให้สามารถนำไปใช้งานได้จริงในอนาคต ทั้งในรถ EV หรือระบบกักเก็บพลังงานจากโซลาร์เซลล์

เพราะฉะนั้นข้าวโพดอาจไม่ใช่แค่พืชอาหารอีกต่อไป แต่อาจกลายเป็นกุญแจสำคัญของแบตเตอรี่ยุคใหม่ที่ ถูกลง เบาลง ใช้งานได้นานขึ้น และช่วยให้โลกเข้าสู่พลังงานสะอาดได้เร็วขึ้น

อ้างอิง: independent