ผู้บุกเบิกนวัตกรรม แบตเตอรี่ที่เปลี่ยนโลกทั้งใบ

วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทความนี้ตีพิมพ์ครั้งแรกในปีพ.ศ.2559

เมื่อเอ็ม. สแตนลีย์ วิตติงแฮม ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในวันที่ 9 ตุลาคม พ.ศ.2562 จากการพัฒนาแบตเตอรี่ที่ชาร์จไฟใหม่ได้ และต่อมาได้เพิ่มเรื่องนี้ไว้ในเนื้อหาบทความด้วย

 ถ้าคุณกำลังอ่านบทความนี้จากโทรศัพท์มือถือ แท็ปเล็ต หรือแล็ปท็อป คุณควรจะขอบคุณดร.เอ็ม. สแตนลีย์ วิตติงแฮม เพราะในช่วงปีพ.ศ. 2513-2523 ขณะที่ดร.วิตติงแฮม กำลังทำงานอยู่ที่ห้องปฏิบัติการงานวิจัยของเอ็กซอนโมบิล ที่เมืองคลินตัน รัฐนิวเจอร์ซี เขาได้สร้างตัวอย่างงานชิ้นแรกสุดของเทคโนโลยีใหม่ที่จะเป็นรากฐานไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญ นั่นคือแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่สามารถชาร์จไฟใหม่ได้

งานที่เป็นการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่นี้ ทำให้ในปี พ.ศ.2562 ดร.วิตติงแฮมได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีร่วมกับดร.จอห์น กูดีนัฟ จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน และดร.อากิระ โยชิโนะ จากมหาวิทยาลัยเมโจในนาโกยา ประเทศญี่ปุ่น ปัจจุบัน วิตติงแฮมเป็นศาสตราจารย์พิศิษฐ์สาขาวิชาเคมีและวัสดุศาสตร์อยู่ที่มหาวิทยาลัยบิงแฮมตันในนิวยอร์ก

ก่อนที่จะมาร่วมงานกับมหาวิทยาลัยบิงแฮมตัน ดร.วิตติงแฮมเคยทำงานอยู่ที่เอ็กซอนโมบิล โดยมีผลงานการวิจัยที่กรุยทางสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ชาร์จไฟใหม่ได้ กล่าวคือตัวเขาและทีมงานค้นพบว่าเมื่อให้ลิเทียมไอออนอยู่ระหว่างแผ่นไททาเนียม ซัลไฟด์ ไอออนสามารถย้ายที่กลับไปมาระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ จึงทำให้เกิดการสร้างกระแสไฟฟ้า

ซาร่า สน็อกรับ ลินส์ กล่าวถึงแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนว่าทำให้ “เราเข้าถึงการปฏิวัติทางวิชาการ” เธอเป็นศาสตราจารย์ด้านเคมีกายภาพที่มหาวิทยาลัยลุนด์ในสวีเดน และเป็นประธานคณะกรรมการรางวัลโนเบลสาขาเคมี

เมื่อแรกที่วิตติงแฮมนำเสนอแบตเตอรี่ที่เขาพัฒนาขึ้น แบตเตอรี่ที่ชาร์จไฟใหม่ได้นั้นมีมานานหลายทศวรรษแล้ว แต่ตอนนั้นเป็นแบตเตอรี่เซลล์ตะกั่ว-กรดที่มีขนาดเทอะทะ ซึ่งเป็นแบบที่ทุกวันนี้ยังคงพบในรถยนต์จำนวนมาก แม้ว่าแบตเตอรี่สังกะสี-คาร์บอนชนิดใช้แล้วทิ้งอย่างที่ใส่ในรีโมตคอนโทรลจะมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่การเปลี่ยนแบตเตอรี่ใหม่ทุกครั้งหลังใช้หมดสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานมากกว่าอย่างคอมพิวเตอร์คงเป็นเรื่องที่ทั้งน่ารำคาญและสิ้นเปลือง

XOM_StanleyWhittingham

ดร.วิตติงแฮม เมื่อปีพ.ศ. 2522 ในวารสารวิจัยและวิศวกรรมของเอ็กซอน
ขวา: ปัจจุบัน ดร.วิตติงแฮมในฐานะอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยบิงแฮมตันสเตท
เครดิตภาพ: เอ็กซอนโมบิล ดร.เอ็ม. สแตนลีย์ วิตติงแฮม

งานวิจัยก่อนหน้านี้เสนอแนะว่าโลหะลิเทียมที่มีความไวต่อการเกิดปฏิกิริยาสามารถใช้เก็บพลังงานได้ แต่ดร.วิตติงแฮมเป็นคนแรกที่หาวิธีทำจนสำเร็จที่อุณหภูมิห้องโดยไม่เสี่ยงกับการระเบิด การออกแบบในตอนแรกของเขาใช้ไททาเนียมซัลไฟด์ วัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าขนาด 2.5 โวลต์ และการออกแบบกระบวนการอินเทอร์คาเลชัน (หรือการสอดแทรกไอออนในลักษณะที่เคลื่อนย้ายไปมาได้) ซึ่งมีความถูกต้องและเป็นพื้นฐานให้กับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนสมัยใหม่ทั้งหลาย

ในปีพ.ศ. 2523 ดร.วิตติงแฮมได้ทำงานกับดร.กูดินัฟ จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสติน ซึ่งเป็นผู้ที่ได้รับรางวัลโนเบลร่วมกัน เพื่อพัฒนาผลงานเบื้องต้นที่เป็นการค้นพบอันยิ่งใหญ่ของเขา โดยใช้ออกไซด์ของโลหะและวัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าได้สูงขึ้นเป็น 4 โวลต์ การสานต่องานนี้เกิดขึ้นในอีกซีกหนึ่งของโลกคือที่ญี่ปุ่น เมื่อดร.โยชิโนะสามารถพัฒนาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนก้อนแรกในเชิงพาณิชย์ได้เป็นผลสำเร็จ

ตอนนี้มีการใช้งานเทคโนโลยีลิเทียมไอออนที่มีความจุพลังงานสูงในแล็ปท็อป แท็ปเล็ต โทรศัพท์มือถือและรถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ หรือแม้แต่ช่วยให้เครื่องบินพลังงานแสงอาทิตย์ที่สร้างสถิติเอาไว้อย่างโซลาร์ อิมพัลส์ 2 ยังคงบินต่อไปได้หลังจากดวงอาทิตย์ตก เครือข่ายที่เชื่อมต่อเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังบ้านเรือน ซึ่งอาศัยแหล่งพลังงานที่ไม่สม่ำเสมออย่างลมหรือพลังแสงอาทิตย์เป็นหลัก ยังเริ่มต้นพึ่งพาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนขนาดใหญ่ในการเก็บสะสมพลังงานเอาไว้สำหรับช่วงเวลาที่ความต้องการมีมากเกินกว่าพลังงานที่ผลิตได้

ดร.วิตติงแฮม ดร.กูดินัฟ และดร.โยชิโนะ ต่างต่อยอดจากผลงานของกันและกัน และเปลี่ยนงานวิจัยที่เป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ให้เป็นนวัตกรรมที่เปลี่ยนแปลงวิธีที่โลกจะใช้และเก็บรักษาพลังงาน

 

เครดิตภาพ รวมภาพประวัติศาสตร์ของเอ็กซอนโมบิล (หมายเลขที่ระบุ di_10643-di_10650) Dolph Briscoe Center for American History มหาวิทยาลัยเทกซัสที่ออสติน

แหล่งที่มา

Forbes: Solar Plane Takes To The Skies Again To Display Clean Energy’s Potential Pipe Dream: BU professor recognized for contributions to creation of lithium-ion battery
Quartz: The man who brought us the lithium-ion battery at the age of 57 has an idea for a new one at 92

Tags:   batteriesenergyinnovationlithium ion batteryPioneers of innovationsmartphones
You may also like Text

สำรวจเพิ่มเติม