วิธีสุดแปลกในการทำให้แบตเตอรี่น้ำมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น 10 เท่า ในราคาที่ "ถูกมาก"

ทีม นักวิทยาศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี King Abdullah ในซาอุดีอาระเบีย (KAUST) ได้ค้นพบสาเหตุสำคัญที่ทำให้แบตเตอรี่น้ำ - แบตเตอรี่ที่ใช้น้ำเป็นตัวทำละลาย - สูญเสียประสิทธิภาพและอายุการใช้งานอย่างรวดเร็ว: โมเลกุล "น้ำอิสระ" ทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่สร้างความเสียหายให้กับขั้วบวก

และด้วยเกลือซัลเฟตราคาถูกเพียงเล็กน้อย เช่น ซิงค์ซัลเฟต ทีมงานก็สามารถเอาชนะปัญหานี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นมากกว่า 10 เท่า

ทีมวิจัยระบุว่า “น้ำอิสระ” คือโมเลกุลของน้ำที่ไม่ได้ยึดติดแน่นกับไอออนอื่นๆ ในแบตเตอรี่ สภาวะนี้ทำให้น้ำมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบของอิเล็กโทรดมากขึ้น ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานและการกัดกร่อนของวัสดุ

เมื่อเติมเกลือซัลเฟตลงไป ไอออนซัลเฟตจะทำหน้าที่เป็น "กาวโมเลกุลของน้ำ" โดยยึดน้ำไว้แน่นยิ่งขึ้นในโครงสร้างพันธะ จึงลดปฏิกิริยาข้างเคียงที่เป็นอันตรายได้อย่างมาก

“การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างน้ำมีบทบาทสำคัญในเคมีของแบตเตอรี่ แต่ก่อนหน้านี้ก็ถูกมองข้ามไป” ศาสตราจารย์ Husam Alshareef หัวหน้าคณะนักวิจัยและผู้อำนวยการศูนย์ CREST สำหรับพลังงานหมุนเวียนและเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลแห่ง KAUST กล่าว

แม้ว่าการทดลองส่วนใหญ่จะใช้ซิงค์ซัลเฟต แต่ผลการทดลองเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ “ไฮโดรเจล” ของไอออนซัลเฟตสามารถนำไปใช้กับขั้วบวกโลหะอื่นๆ ได้อีกหลายชนิด สิ่งนี้เปิดโอกาสให้สามารถพัฒนาโซลูชันที่เป็นสากล ใช้งานง่าย และมีประสิทธิภาพ เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่น้ำทั้งตระกูล

“เกลือซัลเฟตมีราคาถูก หาได้ง่าย และมีเสถียรภาพทางเคมี ทำให้วิธีแก้ปัญหาของเราเป็นไปได้ทั้งในทางวิทยาศาสตร์และ ทางเศรษฐกิจ ” นักวิจัย Yunpei Zhu ผู้ดำเนินการทดลองส่วนใหญ่กล่าว

ปัจจุบันแบตเตอรี่น้ำถือเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยและยั่งยืนกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับระบบกักเก็บพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่ เช่น ระบบกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับโครงข่ายไฟฟ้า คาดการณ์ว่าตลาดแบตเตอรี่น้ำทั่วโลกจะมีมูลค่าเกิน 1 หมื่นล้านดอลลาร์ภายในปี 2573

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances โดยมีศาสตราจารย์ Omar Mohammed, Omar Bakr, Xixiang Zhang และ Mani Sarathy จาก KAUST เข้าร่วม