แบตเตอรี่ชาร์จไว เทคโนโลยีที่ใครๆก็สนใจ

ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy storage system) เป็นหัวใจสำคัญที่สามารถกักเก็บพลังงานทางเลือกจากธรรมชาติที่มีอย่างไม่จำกัด เช่น พลังงานลม และ พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น นอกจากนี้การพัฒนายานพาหนะให้สามารถใช้พลังงานทางเลือกได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่มีความสามารถสูงเพียงพอต่อการใช้งาน เพื่อป้องกันไม่ให้ยานพาหนะนั้นมีความเร็วที่ช้าลงหรือหยุดกลางคันขณะใช้งานจริง 
ถึงแม้ว่าในปัจจุบัน ได้มีการใช้เทคโนโลยียานพาหนะใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่  แต่ข้อเสียของแบตเตอรี่นั้นคือมีข้อจำกัดในด้านการรับพลังงานที่ต่ำ จึงใช้ระยะเวลายาวนานในการอัดประจุไฟฟ้า ซึ่งเกิดข้อจำกัดในการใช้งานจริงในอนาคต

ลองคิดภาพดูว่า ถ้าเราต้องหยุดรถเพื่อชาร์จไฟที่สถานีอัดประจุคคราวละ 2-3 ชั่วโมง คงจะไม่มีใครอยากใช้รถยนต์ไฟฟ้าแน่นอน ไม่สะดวกรวดเร็วเหมือนเราเติมน้ำมัน ดังนั้น จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องหาอุปกรณ์กักเก็บพลังงานเสริม ที่สามารถเก็บพลังงานสูงว่าแบตเตอรี่ ซึ่งอุปกรณ์นั้นคือ ตัวเก็บประจุยิ่งยวด หรือ Supercapacitor 

ตัวเก็บประจุนี้มีความสามารถในการกักเก็บประจุมากกว่าแบตเตอรี่ในเวลาอันสั้น ทำให้เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่ให้กำลังสูงมาก และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า สามารถชาร์จได้มากครั้งกว่าแบตเตอรี่เป็นหลายร้อยเท่า ตัวเก็บประจุยิ่งยวดเป็นอุปกรณ์ที่มีกำลังไฟฟ้าสูงกว่าแบตเตอรี่ประมาณ 100 – 1,000 เท่า แต่มีพลังงานต่ำกว่าแบตเตอรี่ประมาณ 3 – 30 เท่า โดยเหตุที่มีกำลังไฟฟ้าสูงกว่ามาก จึงทำให้ตัวเก็บประจุยิ่งยวดถูกนำมาประยุกต์ใช้งานร่วมกับแบตเตอรี่ เพื่อตอบสนองความต้องการทั้งด้านพลังงาน กำลังไฟฟ้า และเพิ่มอายุการใช้งานให้ยาวนานขึ้น 

ถึงแม้ว่า ตัวเก็บประจุยิ่งยวดจะให้กำลังไฟฟ้าที่ต่ำกว่าตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโตรไลท์ (Electrolytic capacitor) แต่ยังมีข้อดีคือให้กำลังไฟฟ้าได้สูงถึง 10 กิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม ตัวเก็บประจุยิ่งยวดมีความสามารถในการอัดและคายประจุในช่วงวินาที ซึ่งใช้เวลาสั้นกว่าแบตเตอรี่อย่างมาก ซึ่งอยู่ในระดับนาทีหรือชั่วโมง จึงเป็นข้อได้เปรียบสำหรับระบบที่ต้องการกักเก็บพลังงานอย่างรวดเร็วและต่อเนื่องยาวนาน เช่น ระบบเบรกแบบไดนามิกในรถยนต์ เป็นต้น 

เมื่อรถยนต์เบรกจะเก็บพลังงานเข้าตัวเก็บประจุยิ่งยวดอย่างรวดเร็ว และค่อยนำไปถ่ายเก็บไว้ในแบตเตอรี่อีกต่อหนึ่ง ตัวเก็บประจุยิ่งยวดยังมีข้อเด่นในเรื่องระยะเวลาใช้งานที่ยาวนานมาก (> 500,000 รอบ) เนื่องจากการมีกลไกการทำงานแบบผสม ได้แก่ การผลิตไฟฟ้าแบบฟาราเดอิก (Faradaic current) ร่วมด้วยกับการดูดซับเชิงกายภาพทางไฟฟ้าแบบสองชั้น (Electrical double layer) 

นอกจากนี้ ตัวเก็บประจุยิ่งยวดไม่มีข้อจำกัดด้านความเร็วในการอัดและคายประจุเหมือนแบตเตอรี่ที่ เนื่องจากแบตเตอรี่จำเป็นต้องใช้ระยะเวลายาวนานเพื่อเปลี่ยนพลังงานทางเคมี (ปฏิกิริยารีดอกซ์) เป็นพลังงานไฟฟ้า แต่สำหรับตัวเก็บประจุยิ่งยวดไม่ได้ผลิตไฟฟ้าจากปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นหลัก แต่อาศัยการกักเก็บประจุไฟฟ้าโดยตรงบนพื้นผิวของวัสดุ

ดังนั้น ตัวเก็บประจุยิ่งยวดจึงเป็นอุปกรณ์ที่น่าสนใจอย่างมากและจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับระบบกักเก็บพลังงานประสิทธิภาพสูง นักวิจัยบ้านเราเริ่มหันมาวิจัยอุปกรณ์ตัวเก็บประจุยิ่งยวดเพิ่มมากขึ้น ขอเป็นกำลังใจให้ออกมาใช้ได้จริงเร็วๆ ครับ

*บทความโดย ดร. อดิสร  เตือนตรานนท์ ที่ปรึกษา สำนักงานคณะกรรมการนโยบายวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและนวัตกรรมแห่งชาติ