ต้องบอกว่าในบางครั้งเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการนั้นจะเกิดขึ้นโดยบังเอิญ ไม่ว่าจะเป็น ไดนาไมต์ เพนิซิลลิน เครื่องเอ็กซ์เรย์ และแม้แต่ไมโครเวฟล้วนเป็นตัวอย่างของการค้นพบโดยบังเอิญที่ปฏิวัติวงการดังกล่าว

ในปีนี้อาจจะมีการค้นพบที่น่าสนใจอีกเรื่องหนึ่ง ซึ่งไม่เพียงแต่จะปฏิวัติวิถีชีวิตของเราเท่านั้น แต่ยังอาจช่วยโลกเราจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่กำลังจะเกิดขึ้นด้วยการปลดล็อกเทคโนโลยีอย่าง แบตเตอรี่ Lithium-sulfur

แน่นนอนว่าเรื่องราวของแบตเตอรี่ มนุษย์เราต่างค้นหาเทคโนโลยีที่ดีที่สุดเป็นเวลาหลายทศวรรษเพื่อขับเคลื่อนไลฟ์สไตล์สมัยใหม่และใช้เทคโนโลยีสะอาด เช่น รถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งตั้งแต่ช่วงต้นยุค 90 เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่เราเลือกใช้กันอยู่คือ Lithium-ion

เรียกได้ว่ามันได้ให้พลังงานทุกอย่างตั้งแต่โทรศัพท์มือถือ รถยนต์ไฟฟ้า ไปจนถึงระบบสำรองพลังงานและแม้แต่ดาวเทียม แต่มันก็มีข้อเสียที่ร้ายแรงอยู่มากมายเช่นเดียวกัน

อย่างแรก วัสดุที่จำเป็นในการสร้างเช่น โคบอลต์ มักจะสร้างความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก ซึ่งพวกมันทำลายระบบนิเวศหรือแม้กระทั่งการชะล้างสารเคมีที่เป็นพิษ

รวมถึงปัญหาเรื่อง Lifecycle ซึ่งในยุคปัจจุบันเราต้องการเวลาในการชาร์จที่เร็วขึ้นจากอุปกรณ์ต่าง ๆ ตั้งแต่โทรศัพท์ไปจนถึงรถยนต์ ซึ่งแบตเตอรี่ Lithium-ion มักจะสูญเสียความจุอย่างรวดเร็ว หากมีการชาร์จซ้ำ ๆ

การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่เป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างยิ่ง โดยเฉพาะในโลกของรถยนต์ไฟฟ้า EV ซึ่งรถมือสองบางครั้งอาจจะไร้ประโยชน์หากแบตเตอรี่เสื่อม นั่นทำให้ปัญหาเรื่องขยะอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ของโลกเราในทุกวันนี้อยู่แล้วจะยิ่งแย่ลงไปอีก

นอกจากนี้แบตเตอรี่ Lithium-ion ยังมีปัญหาในเรื่องความหนาแน่น ทำให้มันค่อนข้างหนัก ใหญ่ และเทอะทะ และทำให้แบตเตอรี่มีน้ำหนักมาก และทำให้แบตเตอรี่ใช้งานไม่ได้กับการใช้งานบางอย่าง เช่น เครื่องบิน หรือ เรือโดยสาร

ด้วยเหตุนี้วิศวกรของมหาวิทยาลัย Drexel ในเมืองฟิลาเดลเฟียได้คิดค้นเทคโนโลยี Lithium-sulfur โดยการเปลี่ยนสารประกอบในแคโทดของแบตเตอรี่

เป้าหมายของพวกเขาคือการชะลอปฏิกิริยาเคมีที่สร้างโพลีซัลไฟด์เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จและคายประจุ ผลึกเหล่านี้จะดึงกำมะถันออกจากอิเล็กโทรดอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งการชะลอความเร็วลงอาจทำให้แบตเตอรี่ที่มีพลังงานสูงเหล่านี้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

แต่สิ่งที่พวกเขาพบกลับเป็นสิ่งที่น่าเหลือเชื่อ: เฟสเคมีของกำมะถันที่หยุดการสลายตัวของแบตเตอรี่! พวกเขาตกใจกับการค้นพบนี้มากจนต้องตรวจสอบ 100 ครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าไม่ได้อ่านมันผิด

สิ่งนี้เรียกว่า monoclinic gamma-phase sulfur ซึ่งพบเห็นในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น สูงกว่า 95 °C (203 °F) นี่เป็นครั้งแรกที่เห็นได้ที่อุณหภูมิห้อง 

ในแบตเตอรี่ ระยะนี้จะหยุดปฏิกิริยาที่สร้างพอลิซัลไฟด์อย่างสมบูรณ์ วิธีนี้มีประสิทธิภาพมากจนนักวิทยาศาสตร์สามารถทำให้แบตเตอรี่ผ่านรอบการชาร์จ 4,000 รอบโดยความจุไม่ลดลง ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า Lithium-ion อย่างน้อยสองเท่า

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าแบตเตอรี่ของพวกเขามีพลังงานที่หนาแน่นกว่า Lithium-ion ถึงสามเท่าและสามารถชาร์จได้เร็วพอๆ กัน!

การกล่าวว่านี่เป็นการค้นพบที่น่าทึ่ง อาจจะดูน้อยเกินไป เพราะมันยังมีประโยชน์อื่นๆ เช่น การลดการขยายตัวของแบตเตอรี่และเพิ่มความปลอดภัย กล่าวอีกนัยหนึ่ง แบตเตอรี่นี้มีจุดเด่นทั้งหมดของแบตเตอรี่ Lithium-ion และนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ค้นพบโดยบังเอิญล้วนๆ

เช่นเดียวกับการค้นพบโดยบังเอิญส่วนใหญ่ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่ากำลังเกิดอะไรขึ้น พวกเขายังไม่รู้ว่าทำไมเฟสของกำมะถันจึงถูกสร้างขึ้นหรือจะแน่ใจได้อย่างไรว่ายังคงเป็นเช่นนั้น ดังนั้น จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อตอบคำถามเหล่านี้เพื่อพัฒนาแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้ซึ่งสามารถใช้ได้ในคอมพิวเตอร์หลายพันล้านเครื่อง รถยนต์ไฟฟ้า และอื่นๆ

แต่ต้องบอกว่าการรอคอยก็คุ้มค่าเพราะแบตเตอรี่เหล่านี้จะมีน้ำหนักเพียงหนึ่งในสามของแบตเตอรี่ Lithium-ion ที่เทียบเท่ากันและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าถึง 2 เท่า! 

นั่นหมายถึงรถยนต์ไฟฟ้าที่เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งมีระยะทางการใช้งานหลายพันไมล์ โดยจะมีราคาใกล้เคียงกับรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบัน 

ยิ่งไปกว่านั้น มันยังมีประโยชน์จริงในเวลา 10 ปี ซึ่งช่วยลดของเสียได้อย่างมาก เนื่องจาก Sulfur (กำมะถัน) เป็นองค์ประกอบที่พบได้ทั่วไปในราคาถูกในขณะที่โคบอลต์ที่ใช้ในแบตเตอรี่ Lithium-ion นั้นหายากและมีราคาแพง และยังมีปัญหาเรื่องการใช้แรงงานมนุษย์ในประเทศต่าง ๆ เช่น สาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโก

นอกจากนี้เที่ยวบินระยะใกล้ เรือบรรทุกสินค้า และเรือข้ามฟากผู้โดยสารจะมีเทคโนโลยีที่สามารถใช้ไฟฟ้าได้อย่างเต็มที่ การลดน้ำหนัก อายุการใช้งานยาวนาน และราคาที่แข่งขันได้จะทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด

ซึ่งอาจกล่าวได้ว่าแบตเตอรี่ Lithium-sulfur สามารถทำให้สิ่งต่าง ๆ มากมายที่จากเดิมต้องใช้น้ำมันเปลี่ยนมาใช้ไฟฟ้าได้ และทำให้การปล่อยมลพิษเป็นศูนย์เป็นไปได้มากขึ้น

ลิเธียม กำมะถัน และวัสดุอื่นๆ ที่ทำให้แบตเตอรี่ใหม่นี้มีอยู่มากมายทั่วโลก ซึ่งหมายความว่าเราสามารถลดผลกระทบต่อระบบนิเวศน์ของการทำเหมืองได้อย่างมาก รวมทั้งช่วยให้ห่วงโซ่อุปทานแข็งแกร่งขึ้น

แต่นั่นไม่ใช่จุดสิ้นสุดของการค้นพบนี้ ทีมงานของ Drexel กำลังมองหาการใช้ความก้าวหน้านี้ในการผลิตแบตเตอรี่ sodium-sulfur ด้วยการขจัดความจำเป็นในการใช้ Lithium ทำให้แบตเตอรี่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นและขจัดปัญหาคอขวดในห่วงโซ่อุปทานขนาดใหญ่ทำให้มั่นใจได้ว่าการนำรถยนต์ EV มาใช้สามารถดำเนินต่อไปได้เร็วขึ้น

การค้นพบโดยบังเอิญที่ Drexel University นี้ถือได้ว่าเป็นการปฏิวัติการใช้พลังงานของโลกและช่วยให้มนุษยชาติเปลี่ยนผ่านไปสู่สังคมที่สะอาดปราศจากคาร์บอน ซึ่งตัวผมเองก็หวังว่าทีมงานที่ Drexel จะนำเทคโนโลยีนี้ออกจากห้องปฏิบัติการและนำออกมาใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ในเร็ววันนี้นั่นเองครับผม

References :
https://indianexpress.com/article/technology/science/engineers-at-drexel-university-develop-new-lithium-sulphur-tech-that-can-revolutionise-batteries-7891660/
https://www.freethink.com/environment/lithium-sulfur-battery
https://www.nature.com/articles/s42004-022-00626-2
https://drexel.edu/news/archive/2022/february/lithium-sulfur-cathode-carbonate-electrolyte