แนวคิดแรกของโลก! แบตเตอรี่ปูนซีเมนต์สำหรับชาร์จไฟ

งานวิจัยใหม่จาก Chalmers University of Technology ได้สรุปทฤษฎีใหม่สำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟโดยใช้ “ปูนซีเมนต์” พูดง่าย ๆ ก็คือ อาคารที่เราอยู่นั้นทำหน้าที่เสมือน “แบตเตอรี่” ที่สามารถใช้ชาร์จไฟได้

นวัตกรรมนี้เป็นการศึกษาของศาสตราจารย์ถัง ลู่ผิง (Professor Luping Tang) และด็อกเตอร์จาง เอ็มม่า (Dr. Emma Zhang) นักวิจัยจากภาควิชาสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมโยธาของ Chalmers University of Technology ประเทศสวีเดน ร่วมกันพัฒนานวัตกรรมนี้ขึ้นมาจนสำเร็จ และถูกตีพิมพ์ลงในวารสาร Buildings

หลักการคือการปรับเปลี่ยนส่วนผสมที่ใช้ทำปูนซีเมนต์ โดยผสมเส้นใยคาร์บอนเคลือบโลหะในปริมาณเล็กน้อย เพื่อเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้า ความเหนียว และความยืดหยุ่นในการดัดงอ มีเหล็กเป็นแอโนด (ด้านที่ให้ประจุไฟฟ้าลบจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี) และนิกเกิลเป็นแคโทด (ด้านที่รับประจุไฟฟ้าลบจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี)

การค้นพบนี้จะทำให้อาคารคอนกรีตสูง 20 ชั้น สามารถกักเก็บพลังงานได้เสมือนแบตเตอรี่ขนาดยักษ์นั่นเอง!

ด็อกเตอร์จางอธิบายว่า ผลจากการศึกษาเกี่ยวกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่จากคอนกรีตก่อนหน้านี้ แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ต่ำมาก จึงตระหนักว่าต้องคิดหาวิธีอื่นในการผลิตอิเล็กโทรด (ขั้วไฟฟ้า) ถึงกระนั้นความคิดที่จะใช้อาคารคอนกรีตที่สามารถชาร์จไฟใหม่ได้นี้ก็ยังไม่เคยมีใครทำมาก่อน จึงได้เริ่มทำการศึกษาในระดับห้องปฏิบัติการ

ทีมงานได้พัฒนาแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ โดยให้มีความหนาแน่นของพลังงานเฉลี่ยอยู่ที่ 7 วัตต์-ชั่วโมงต่อตารางเมตร (หรือ 0.8 วัตต์-ชั่วโมงต่อลิตร) ซึ่งจะต่ำกว่าความหนาแน่นของพลังงานในแบตเตอรี่ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ แต่ข้อจำกัดนี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ เนื่องจากแบตเตอรี่ปูนซีเมนต์จะสร้างพลังงานได้มหาศาลเมื่อใช้ในอาคาร หากสามารถใช้งานได้ดี ในอนาคต แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้นี้อาจมีการพัฒนาเพื่อให้ใช้งานได้เพิ่มเติม เช่น การเปิดไฟ LED การเชื่อมต่อ 4G ในพื้นที่ห่างไกล หรือการป้องกันการเกิดแคโทดจากการกัดกร่อนในโครงสร้างคอนกรีต

ไม่เพียงเท่านั้น ยังมีความพยายามที่จะพัฒนาให้แบตเตอรี่ยักษ์นี้ใช้งานร่วมกับแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและเป็นแหล่งพลังงานบนทางหลวงหรือสะพาน มีระบบเซ็นเซอร์ทำงาน และแบตเตอรี่คอนกรีตก็สามารถตรวจจับการแตกร้าวหรือการกัดกร่อนได้ด้วย

แม้ว่าแนวคิดในการใช้ประโยชน์จากโครงสร้างอาคารในลักษณะนี้จะเป็นเรื่องแปลกใหม่ แต่ก็เป็นการนำเสนอทางเลือกในการแก้ปัญหาวิกฤติพลังงานที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต โดยให้ตัวอาคารทำหน้าที่เสมือนแหล่งจัดเก็บพลังงานจำนวนมาก โดยเฉพาะคอนกรีต ซึ่งเป็นวัสดุก่อสร้างที่ใช้มากที่สุดในโลก แต่ในมุมของความยั่งยืนยังมีอยู่น้อย ซึ่งถ้าให้กำแพงปูนธรรมดามีฟังก์ชันที่มากกว่าการเป็นกำแพง ก็ย่อมทำให้เกิดมิติใหม่ในการใช้ประโยชน์

นักวิจัยมองว่าในอนาคต เทคโนโลยีนี้จะสามารถรองรับการใช้งานทั้งส่วนของอาคารคอนกรีตหลายชั้น เมื่อพิจารณาว่าพื้นผิวคอนกรีตทั่ว ๆ ไป อาจมีชั้นของอิเล็กโทรดฝังอยู่ ก็จะมีคอนกรีตที่เก็บพลังงานได้จำนวนมหาศาล

อย่างไรก็ตาม แนวคิดการเปลี่ยนปูนซีเมนต์ธรรมดาให้กลายเป็นแบตเตอรี่นี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น เนื่องจากมีข้อจำกัดทางเทคนิคที่ต้องแก้ไข ก่อนจะนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ในอนาคต โดยเฉพาะข้อจำกัดของโครงสร้างอาคารที่มักจะสร้างขึ้นเพื่อให้ใช้งานได้ 50 หรือ 100 ปี จึงจำเป็นต้องปรับปรุงและพัฒนาเพื่อให้ง่ายต่อการเปลี่ยนสภาพหรือนำไปรีไซเคิลเมื่อหมดอายุการใช้งาน จึงเป็นเรื่องท้าทายทางเทคนิค แต่ทางผู้วิจัยก็ยังเชื่อมั่นว่าแนวคิดนี้จะมีประโยชน์อย่างมากในอนาคต ในการทำให้วัสดุก่อสร้างมีฟังก์ชันเพิ่มเติม เช่น เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน

ข้อมูลจาก Innovation News Network