Twisted Carbon Nanotubes Store 3 Times More Energy Than Lithium Batteries
“…ประเทศไทยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตอาจดูเหมือนจะล่าช้าไม่ทันอาการ แต่อย่างไรก็ตาม ทางเลือกในการพัฒนาวัสดุนาโน เช่น Carbon Fibers และ CNTs ของไทยจากของเหลือใช้ทางการเกษตร รวมทั้งขยะชีวภาพ ยังมีโอกาส และความเป็นไปได้สูง ซึ่งถือเป็นเรื่องใหม่ที่น่าสนใจ ..
ความร่วมมือระหว่างนักวิจัยจากญี่ปุ่น และสหรัฐฯ ได้แสดงให้เห็นว่า คาร์บอนนาโนทิวบ์ หรือท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes สามารถจัดเก็บพลังงานได้มากกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่มาตรฐาน Standard Lithium-Ion Batteries ถึง 3 เท่า .. การวิจัยครั้งนี้ อาจปูทางไปสู่สุดยอดพัฒนาการยุคใหม่ในระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage System และระบบตรวจจับ Sensor System ที่มีน้ำหนักเบา กะทัดรัด ทนทาน และที่สำคัญกว่านั้น คือ ความปลอดภัย ..
คาร์บอนนาโนทิวบ์ Carbon Nanotubes คือ โครงสร้างขนาดนาโนเมตร Nanometer-Sized Structures ที่มักทำขึ้นจากชั้นอะตอมคาร์บอนชั้นเดียว Single Layer of Carbon Atoms .. แผ่นคาร์บอนเหล่านี้ เรียกอีกอย่างว่า กราฟีน Graphene ซึ่งมีน้ำหนักเบาอย่างยิ่ง Extremely Light in Weight แต่แข็งแรงกว่าเหล็กกล้า Stronger than Steel ในตัวมันเอง ..
คุณสมบัติที่เหนือชั้นกว่าของวัสดุ Material’s Superior Properties นี้ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถนำพวกมันไปใช้ในแอปพลิเคชันการใช้งานล้ำยุคได้หลากหลายประการ .. ทั้งนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับสปริงเหล็ก Steel Springs แล้ว พบว่า ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes สามารถกักเก็บพลังงานได้ มากกว่า 15,000 เท่าต่อหน่วยมวล Energy per Unit Mass ..
ก่อนหน้านี้ ทีมนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยชินชูของญี่ปุ่น Japan’s Shinshu University โดย Sanjeev Kumar Ujjain ต้องการทราบว่าจะสามารถใช้ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes เพื่อกักเก็บพลังงานได้หรือไม่ .. ในปี 2565 เขาได้ย้ายจากญี่ปุ่นไปยังมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ บัลติมอร์เคาน์ตี้ University of Maryland Baltimore County : UMBC ซึ่งเขาได้ดำเนินการวิจัยเรื่องนี้ต่อไป และพบว่า การบิดท่อนาโนคาร์บอนให้เป็นเกลียว Twisting Carbon Nanotubes ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของพวกมันในการจัดเก็บพลังงาน Improves Their Energy Storage Efficiency ได้อย่างยอดเยี่ยม ..
นานมาแล้วก่อนที่แบตเตอรี่แบบใช้แล้วทิ้ง Disposable Batteries จะเริ่มให้พลังงานกับของเล่นเด็ก ก็มีสปริงขดเชิงกลอันเป็นเอกลักษณ์ Iconic Mechanical Coil Spring ซึ่งเป็นผลงานทางวิศวกรรมที่เรียบง่าย โดยสปริง Spring สามารถไขลานด้วยกุญแจ จัดเก็บพลังงานกลไว้เป็นพลังงานศักย์ Store the Mechanical Energy into Potential Energy แล้วปล่อยคายออกมาในภายหลัง เพื่ออำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของล้อของเล่น ..
เทคนิคการจัดเก็บพลังงานด้วยสปริงขดเชิงกลแบบย่อส่วน Scaled-Down Version of the Mechanical Coil Spring ยังให้พลังงานกับนาฬิกาข้อมือแบบไขลานในอดีต ซึ่งมักจะแสดงเวลาที่ไม่ถูกต้องเมื่อขดลวดใกล้หมดพลังงานศักย์ลง ..
Sanjeev Kumar Ujjain กระตือรือร้นที่จะทดสอบว่า ระบบจัดเก็บพลังงานจะทำงานในระดับที่เล็กกว่านี้ได้หรือไม่ และท่อนาโนคาร์บอนในระดับนาโน Nanoscaled Carbon Nanotubes ก็เป็นวัสดุที่เลือกใช้ทดสอบงานวิจัยของเขา .. ทีมงานของเขาที่ศูนย์เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ขั้นสูง Center for Advanced Sensor Technology : CAST มัดคาร์บอนนาโนทิวบ์ที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ให้เป็นเชือก Bundled Commercially Available Carbon Nanotubes into Ropes จากนั้นดึง และบิดให้เป็นเกลียวเส้นเดียว Pulled & Twisted Them into a Single Thread รวมทั้งเคลือบพวกมันด้วยสารต่างๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแรง และความยืดหยุ่น Improve Its Strength & Flexibility ..
ในการนี้ ทีมนักวิจัย พบว่า ท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes สามารถกักเก็บพลังงานได้มากกว่าสปริงเหล็กถึง 15,000 เท่าต่อหน่วยมวล Energy per Unit Mass .. แม้จะน่าชื่นชม แต่บรรดานักวิจัยก็รู้ดีว่า คู่แข่งรายใหญ่ที่สุด คือ ลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงที่สุด Highest Energy-Density Devices ที่มนุษย์สร้างขึ้น ..
ปัจจุบัน บริษัทฯหลายแห่ง และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดเก็บพลังงานในสหรัฐฯ ยุโรป และญี่ปุ่น ได้เปิดตัวการออกแบบ ‘อิเล็กโทรดแบตเตอรี่ท่อนาโนคาร์บอนที่บิดเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotube-Based Battery Electrode’ รุ่นใหม่ล่าสุดที่พวกเขาอ้างว่าทำให้ประสิทธิภาพการทำงาน และความจุของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับการชาร์จ และคายประจุที่รวดเร็วที่สุดเทียบกับแบตเตอรี่ชนิดเดียวกัน ..
จนถึงวันนี้ หนึ่งในความท้าทาย และข้อจำกัดสำหรับการจัดเก็บ และคายพลังงานไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดของชุดแบตเตอรี่ คือ การออกแบบ และการเลือกวัสดุที่ใช้สำหรับอิเล็กโทรด .. อิเล็กโทรด Electrodes ที่ใช้อยู่ทั่วไป มีการนำไฟฟ้า ความร้อน และ Ionic Conductivity ในระดับต่ำ พร้อมด้วยพฤติกรรมเชิงกล Mechanical Behavior ที่ยังไม่ดีเท่าที่ควร เมื่อต้องผ่านรอบการชาร์จ Charging Cycles หลายรอบ .. นอกจากนี้ ยังอาจประสบปัญหาการเสื่อมสภาพ เช่น การเกิดเดนไดรต์ Dendrite Formation ในแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัย และวงจรชีวิตที่สั้นลงมาก ..
การพัฒนาสิ่งที่เรียกว่า “อิเล็กโทรดแบบรวดเร็วเป็นพิเศษ Ultra-Fast Electrode” ด้วยท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes ซึ่งจะช่วยเพิ่มกำลังไฟฟ้าได้ถึง 10 เท่า จัดเก็บพลังงานได้กว่า 3 เท่า เมื่อเทียบกับลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries และวงจรชีวิตอายุการใช้งานเพิ่มขึ้นถึง 5 เท่า ในขณะที่สามารถลดเวลาในการชาร์จลงเหลือเพียงไม่กี่นาทีเท่านั้น ส่งผลให้เทคโนโลยีคาร์บอนนาโนทิวบ์ Carbon Nanotube Technology กลายเป็นอีกเทคโนโลยีโครงสร้างวัสดุคาร์บอนปฏิรูประบบจัดเก็บพลังงานที่กำลังสร้างความปั่นป่วนต่อตลาดด้วยผลิตภัณฑ์หลากหลายที่เป็นนวัตกรรมใหม่ๆ ที่สามารถเปิดตัวในตลาดได้มากมายจากนี้ไป ..
คุณสมบัติที่โดดเด่นน่าประทับใจของท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs ..
โดยทั่วไป ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes มีลักษณะคล้ายกับ ฟูลเลอรีน Fullerene ต่างกันที่ฟูลเลอรีน Fullerene มีโครงสร้างเป็นทรงกลม Spherical Shape แต่ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes มีโครงสร้างเป็นทรงกระบอก Cylindrical Shape ..
องค์ประกอบหลักของ Carbon Nanotubes ได้แก่ แกรไฟต์ หรือกราไฟต์ Graphite หรืออีกนัยหนึ่งก็คือ คาร์บอน Carbon นั่นเอง .. หากนำกราฟีน Graphene มาม้วนเป็นแท่งทรงกระบอกกลมยาว เราจะได้ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes ถ้านำกราฟีน Graphene มาซ้อนกันเป็นชั้น ๆ เราจะได้กราไฟท์ Graphite ซึ่งเป็นวัสดุในถ่าน หรือไส้ดินสอ .. ในทางกลับกัน หากนำกราไฟต์ Graphite มาลอกออกเป็นชั้นๆ จนเหลือความหนาเพียง 1 อะตอม เราก็จะได้กราฟีน Graphene นั่นเอง ..
Carbon Nanotube Technology กำลังจะกลายเป็นเทคโนโลยีที่สร้างผลิตภัณฑ์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ๆ ที่สามารถเปิดตัวในตลาดได้หลากหลาย .. พวกมันแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้าหลายเท่า แต่น้ำหนักเบา และยืดหยุ่นอย่างเหลือเชื่อ เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม อีกทั้งยังโปร่งใส และบางกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์เพียงเส้นเดียวถึงล้านเท่า ..
ตั้งแต่ปี 2534 หรือ ค.ศ.1991 เป็นต้นมา ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs ได้ถูกสร้างขึ้นโดยวิธีอาร์คดิสชาร์จ Arc Discharge จากนักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น Sumio Iijima และหลังจากนั้น ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs ก็ได้รับความสนใจอย่างมากจากนักวิจัยทั่วโลก โดยต่างกล่าวเป็นเสียงเดียวกันว่า นี่คือ ‘วัสดุแห่งอนาคต Futuristic Material’ ..
Carbon Nanotubes : CNTs เกิดจากการเรียงตัวของคาร์บอน Carbon เป็นแนวยาว มีรูปร่างเป็นโครงตาข่ายของคาร์บอน ม้วนเชื่อมติดกันเป็นรูปทรงกระบอกที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางเพียงไม่กี่นาโนเมตร ซึ่งนักเคมีอธิบายไว้ว่า ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs เหล่านี้จะมีลักษณะเป็น Monoelemental Polymer หรือโพลิเมอร์ที่ประกอบไปด้วยธาตุเพียงชนิดเดียว ซึ่งแตกต่างจากโพลิเมอร์โดยทั่วไปซึ่งจะพบอะตอมของธาตุอื่นๆ มาพร้อมด้วย .. พวกมัน มีคุณสมบัติที่แข็งแกร่งอย่างยิ่ง และเหนียวกว่าเหล็กกล้า ความยืดหยุ่นสูง มีขนาดเล็ก แต่พื้นที่ผิวสัมผัสที่มากกว่าวัสดุทั่วไป สามารถนำไฟฟ้า หรือกลายเป็นฉนวนไม่นำไฟฟ้าได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแนวการจัดเรียงตัวของอะตอมคาร์บอน Carbon Atom อีกทั้งยังมีน้ำหนักเบา ทำให้สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้อย่างกว้างขวางในทางวิศวกรรม ด้วยศักยภาพในการบูรณาการอย่างไม่จำกัดในเกือบทุกภาคส่วนอุตสาหกรรมที่หลากหลาย Unlimited Potential for Integration in Almost Any Industry ได้อย่างยอดเยี่ยม ซึ่งรวมถึงภาคพลังงาน Energy Sector ไปพร้อมด้วย ..
งานวิจัยส่วนใหญ่ในปัจจุบัน จึงเป็นการศึกษาเพื่อนำ Carbon Nanotubes : CNTs มาประยุกต์ใช้งานจริง .. ในปี 2548 จักรยานที่มีโครงซึ่งสร้างขึ้นจากโครงสร้างโลหะผสมกับ CNTs ผลิตโดยบริษัท BMC Switzerland ได้ถูกนำมาใช้ในการแข่งขัน Tour de France ซึ่งโครงจักรยานนี้มีน้ำหนักน้อยกว่า 1 Kg นับเป็นการฉีกกฎการผลิตโครงจักรยานที่แต่เดิมจะผลิตขึ้นจากโลหะน้ำหนักมากเพราะต้องการความแข็งแรง .. หลังจากนั้นก็ได้มีการนำ CNTs มาใช้กับวัสดุผสมกันอย่างแพร่หลาย โดยในช่วงแรกยังอยู่กับอุปกรณ์เครื่องกีฬา เช่น ไม้กอล์ฟ ไม้เทนนิส และไม้แบดมินตัน เป็นต้น .. ต่อมา ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs ได้เข้ามามีบทบาทอย่างมากในงานวิจัยทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ และภาคพลังงาน Energy Sector ไม่ว่าจะเป็นการนำมาใช้เป็นสารกึ่งตัวนำยิ่งยวด Superconductor, ทรานซิสเตอร์ในวงจรไอซีที Transistors in ICT Circuits, ตัวนำไฟฟ้าขนาดนาโน Nano-Conductors, ตัวเก็บประจุยิ่งยวด Supercapacitor, ชุดแบตเตอรี่ Battery Packs และ Electrodes ในระบบจัดเก็บพลังงานหลากหลายขนาด และรูปแบบ Energy Storage Systems of Various Sizes & Formats เป็นต้น ..
สำหรับประเทศไทยนั้น การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิต Carbon Nanotubes : CNTs อาจดูเหมือนจะล่าช้าไม่ทันอาการ แต่อย่างไรก็ตาม ทางเลือกในการพัฒนาวัสดุนาโน เช่น Carbon Fibers และ CNTs ของไทยจากของเหลือใช้ทางการเกษตร รวมทั้งขยะชีวภาพ ยังมีโอกาส และความเป็นไปได้สูง ซึ่งถือเป็นเรื่องใหม่ที่น่าสนใจ .. อีกทั้งประเทศไทย นอกจากจะเป็นประเทศเกษตรกรรมชั้นนำของโลกแล้ว ไทยเป็นหนึ่งในชาติที่ผลิตรถยนต์ส่งออกจำนวนมากเป็นอันดับต้นๆ ของโลกด้วย จึงมีตลาดขนาดใหญ่ที่พร้อมรองรับการนำ CNTs มาประยุกต์ใช้งานในโครงสร้างชิ้นส่วนยานยนต์ ซึ่งรวมถึงระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Battery Energy Storage Systems: BESSs ขนาดต่างๆ ที่การผลิตอย่างเต็มรูปแบบในประเทศได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว .. ในทางการแพทย์นั้นก็เช่นกัน วัสดุชีวภาพ Biological Material ที่เป็นชีวมวล Biomass จากภาคการเกษตรของไทย เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่ง เนื่องจากในภาคส่วนนี้ ยังมีผู้ผลิตน้อยรายในตลาด ดังนั้น จึงกลายโอกาสทางธุรกิจที่เปิดกว้างสำหรับภาคอุตสาหกรรมไทยจากนี้ไป รวมถึงการนำมาใช้ประโยชน์ในด้านการผลิตยา และเวชภัณฑ์สำคัญในประเทศอีกด้วย ..
สำหรับประเด็นด้านพลังงานในปัจจุบัน พลังงานแสงอาทิตย์ Solar Energy กำลังได้รับการสนับสนุนอย่างมากจากนโยบายภาครัฐ .. เป็นทราบกันดีว่า เซลล์แสงอาทิตย์ Solar PV นั้น ต้องการแสงแดด Sun Light แต่ไม่ชอบความร้อน .. ความร้อน และอุณหภูมิที่สูง จะส่งผลให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก .. ทั้งนี้ Carbon Nanotubes : CNTs ซึ่งมีความสามารถในการดูดซับแสง และนำความร้อนที่ดีเยี่ยม สามารถนำมาประยุกต์กับแผงโซล่าเซลล์ Solar Panels เพื่อช่วยลดอุณหภูมิ และเพิ่มศักยภาพกำลังผลิตกำลังไฟฟ้าได้อีกมากด้วยประสิทธิภาพสูงแตะถึงระดับ 80% ได้อย่างเหลือเชื่อ ..
นอกจากนี้ Carbon Nanotubes : CNTs ยังถูกใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรด Electrode Material โดยตรงในตัวเก็บประจุยิ่งยวด Supercapacitors, ชุดแบตเตอรี่ Battery Packs และเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells .. ดังนั้น CNTs จึงมีความสำคัญอย่างมากสำหรับความต้องการในอนาคต เนื่องจากคุณสมบัติพื้นฐาน และการใช้งาน โดยเฉพาะด้วยผลการศึกษาวิจัยสำหรับภาคส่วนระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Research Fields ที่รุดหน้าไปอย่างต่อเนื่อง ..
ปัจจุบัน ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs หลากหลายชนิดที่แตกต่างกัน ประสบความสำเร็จอย่างมากในการประยุกต์ใช้งานกับชุดแบตเตอรี่ Batteries, ตัวเก็บประจุยิ่งยวด Supercapacitors, เซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells และระบบจัดเก็บพลังงานอื่นๆ Other Energy Storage Systems ..
บทบาทของ Carbon Nanotubes : CNTs ซึ่งรวมถึงท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes สำหรับการแปลงพลังงาน และระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage & Conversion Systems ที่แตกต่างกันทั้งโครงสร้าง และสัณฐานวิทยา อันมีผลต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า Electrochemical Performances และกลไกการจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Mechanisms ที่ได้รับการพัฒนาขึ้นนั้น กลายเป็นประเด็นสำคัญที่สอดคล้องกับความต้องการในตลาดพลังงาน ด้วยศักยภาพของโครงสร้างวัสดุผลึกคาร์บอน Allotrope of Carbon ใหม่อีกรูปแบบหนึ่งสำหรับการปฏิรูประบบพลังงานใน Energy Transition ของมนุษยชาติที่น่าตื่นเต้นจากนี้ไป ..
ท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes ทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ Batteries และตัวเก็บประจุยิ่งยวด Supercapacitors เพิ่มขึ้นอย่างมาก ..
บริษัท NAWA Technologies และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดเก็บพลังงานของฝรั่งเศส ได้เปิดตัวการออกแบบ อิเล็กโทรดแบตเตอรี่ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotube-Based Battery Electrode รุ่นใหม่ล่าสุดที่พวกเขาอ้างว่าทำให้ประสิทธิภาพการทำงาน และความจุของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับการชาร์จ และคายประจุที่รวดเร็วที่สุดเทียบกับแบตเตอรี่ชนิดเดียวกัน ..
อิเล็กโทรดใหม่ของ NAWA ซึ่งใช้ท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes และจัดวางเรียงในแนวตั้งเป็นแบบ Vertically-Aligned Carbon Nanotubes: VACNTs ที่จดสิทธิบัตรแล้ว ผสมผสานกับเทคนิคการนำไฟฟ้า และความร้อนที่เหนือชั้นกว่า Ionic Conductivity ด้วย High Electrical & Thermal Conductivity .. สิ่งเหล่านี้ สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้ด้วยโครงสร้างนาโน Nanostructure ที่เข้าถึงได้อย่างสมบูรณ์ 3 มิติ และการจัดเรียงท่อนาโน Nanotubes 100 พันล้านชิ้นต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งทั้งหมดจัดวางบิดเกลียวในแนวตั้ง Twisted Aligned Vertically ..
โดยทั่วไป ด้วยต้นทุนรวมของอิเล็กโทรด Electrodes คิดเป็นเกือบ 25% ของต้นทุนแบตเตอรี่ทั้งหมดด้วยมูลค่า 35 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในตลาดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนทั่วโลก Lithium-Ion Battery Global Market .. ในปัจจุบันนั้น บริษัท NAWA มั่นใจว่า อิเล็กโทรดคาร์บอนแบบรวดเร็วเป็นพิเศษล่าสุด New Ultra-Fast Carbon Electrode ของพวกเขาเหล่านี้ จะช่วยประหยัดต้นทุนได้เป็นอย่างมาก ..
ทั้งนี้ ภายในปี 2567 บริษัทฯ คาดว่า แบตเตอรี่ที่ใช้เทคโนโลยีอิเล็กโทรดท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotube-Based Battery Electrode จะเข้าสู่สายการผลิตเพื่อออกสู่ตลาดได้ .. นอกจากนี้ ยังนำมาซึ่งข้อได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ หมายถึง อิเล็กโทรดคาร์บอนแบบรวดเร็วเป็นพิเศษ Ultra-Fast Carbon Electrode สามารถรีไซเคิลได้ง่าย และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานในวงจรชีวิต ทำให้สามารถลดการปล่อย CO2 ได้สูงถึง 60% สำหรับการใช้งานพวกมันได้อย่างยอดเยี่ยม ..
อ้างถึงข้อมูลของ NAWA ทำให้ได้ข้อค้นพบว่า ท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes สามารถนำมาใช้เป็น Electrode ในแบตเตอรี่ลิเธี่ยมได้ และลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium Ion Battery ล่าสุดที่ใช้ Ultra-Fast Carbon Nanotube Electrode ของพวกเขานั้น จะสามารถให้ความจุกำลังไฟฟ้าเป็น KWh ที่จัดเก็บไว้เพิ่มขึ้นได้มากกว่า 2 เท่า หมายความว่า ยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs ที่ติดตั้งชุดแบตเตอรี่ Carbon Nanotube Electrode Batteries นี้ สามารถใช้พลังงานได้มากขึ้นเพื่อการเดินทางที่ไปได้ไกลกว่า หรือเร่งให้เร็วขึ้นได้อีกด้วยระยะทางเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 1,000 Km นั้น กลายเป็นเรื่องธรรมดา ด้วยการชาร์จครั้งเดียวเพียง 80% ของความจุแบตเตอรี่ในเวลาเพียง 5 นาที ในขณะเดียวกันก็ได้รับประโยชน์จากวงจรชีวิต และอายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นถึง 5 เท่า ..
อิเล็กโทรดท่อนาโนคาร์บอนแบบรวดเร็วเป็นพิเศษ Ultra-Fast Carbon Nanotube Electrode จะช่วยให้ผู้คนสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้เร็วขึ้น เดินทางไปได้ไกล และนานขึ้น ซึ่งทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยผลิตภัณฑ์จากวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และอุดมสมบูรณ์ที่สุดในโลก นั่นคือ คาร์บอน Carbon ..
ทั้งนี้ พื้นที่สำคัญที่เห็นชัดเจนได้ ชี้ว่า ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงชัดเจนในอนาคตระบบพลังงาน คือ การจัดเก็บพลังงาน Energy Storage .. บริษัท NAWA ของฝรั่งเศสได้สร้างตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบพิเศษ Ultracapacitors ที่จะเข้าสู่การผลิตจำนวนมาก ในขณะที่แบตเตอรี่ เช่น ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion ให้การจัดเก็บพลังงานที่จำเพาะเจาะจงกว่ามาก แต่ก็ชาร์จ และคายประจุได้ช้ากว่าตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบพิเศษ Ultracapacitor อยู่มาก ..
ตัวเก็บประจุยิ่งยวด Supercapacitors และตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบพิเศษ Ultracapacitors สามารถชาร์จ และคายประจุได้ในทันที ดังนั้น จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการกระชากพลังงานปริมาณมหาศาลอย่างรวดเร็วในช่วงระยะเวลาสั้นๆ .. ทั้งนี้ โดยทั่วไปนั้น ตัวเก็บประจุยิ่งยวด Supercapacitors สามารถใช้งานได้นานถึงหนึ่งล้านรอบการชาร์จ แต่ข้อเสีย คือ ปริมาณพลังงานที่พวกมันสามารถเก็บได้ และนานแค่ไหนนั้น โดยทั่วไปยังเทียบไม่ได้กับ Lithium Ion Batteries ปัจจุบัน ..
อย่างไรก็ตาม ด้วยท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes และจัดเรียงในแนวตั้ง Vertically Aligned : VACNTs นั้น ส่งผลให้ Ultracapacitors ใหม่ของ NAWA ตั้งอยู่บนการผสมผสานระหว่างตัวเก็บประจุ และแบตเตอรี่ Capacitor & Battery ทำให้สามารถจัดเก็บพลังงานได้มากกว่าตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบ Supercapacitors ทั่วไปประมาณ 5 เท่า แต่สามารถชาร์จประจุปริมาณมหาศาลได้ภายในไม่กี่วินาที หรือด้วยการประยุกต์ใช้ท่อนาโนคาร์บอนบิดเกลียวในแนวตั้ง Vertically Aligned Twisted Carbon Nanotubes มาใช้เป็น Electrode Batteries ใน Lithium Ion Battery โดยการปลูกพวกมันจากเทคนิค Patented Method พ่นเคลือบสองด้านไว้ด้วยอะลูมิเนียม หรือฟอยล์ทองแดง ได้กลายเป็นอนาคตระบบจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า และปลอดภัยกว่า .. ในระยะแรกๆ ที่มีการใช้งานนั้น พบว่า มีการใช้เทคโนโลยีนี้อยู่ในเครื่องมือไฟฟ้า Power Tools, ยานยนต์อัตโนมัติในโรงงาน และคลังสินค้า Automated Vehicles in Factories & Warehouses และยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs รวมถึงทุกพื้นที่งานที่ต้องการใช้พลังงานสูงด้วยเวลาหยุดชาร์จไฟฟ้าที่มีจำกัด ..
แม้ว่า ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes อาจหลุดออกมาจากความสนใจมาระยะหนึ่งแล้วก็ตาม แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความก้าวหน้าของท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes ที่โดดเด่นอย่างยิ่งนี้ สามารถดึงดูดความสนใจให้กลับมาใหม่ได้อย่างน่าตื่นเต้น โดยเฉพาะความก้าวหน้าที่ส่งผลให้ประสิทธิภาพของพลังงานแสงอาทิตย์ Solar Energy และระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage เพิ่มสูงขึ้นมากได้อย่างเหลือเชื่อ ..
คาดการณ์ตลาดท่อนาโนคาร์บอนทั่วโลก Global Carbon Nanotubes Market ..
อ้างอิงข้อมูลการตรวจสอบตลาดของ Precedence Research พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดท่อนาโนคาร์บอนทั่วโลก Global Carbon Nanotubes Market อยู่ที่ 2 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2565 และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 7.71 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2575 ด้วยอัตราเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับตลาดท่อนาโนคาร์บอนทั่วโลก Global Carbon Nanotubes Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 14.50% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2566-2575 ..
ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทางกายภาพ และทางความร้อน ซึ่งมีการใช้งานที่หลากหลายในหลายภาคส่วนอุตสาหกรรม .. คาร์บอนนาโนทิวบ์ หรือท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs มีขนาดเพียงไม่กี่นาโนเมตร Nanometers และมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น การนำไฟฟ้า Electrical Conductivity, มีความแข็งแรงทนทานต่อการดึงสูง Good Amount of Tensile Strength และท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูง Withstand Great Amount of Temperature .. คาร์บอนนาโนทิวบ์ Carbon Nanotubes : CNTs จึงถูกนำมาใช้เป็นวัสดุเสริมแรงในอุตสาหกรรมโพลีเมอร์เพื่อเพิ่มความแข็งแรง และเพื่อให้มีพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักเบา ..
CNTs ยังใช้ในกระบวนการผลิตใบพัดกังหัน Manufacturing Process of the Turbine Blades .. การใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ CNTs ช่วยปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลของกังหันลมเหล่านี้ ทำให้กังหันลม Wind Turbines มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น .. คาร์บอนนาโนทิวบ์ CNTs ยังใช้ในการผลิตหน้าจอแสดงผลอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด โดยถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตหน้าจอแสดงผลของโทรทัศน์ Display Screens of Televisions, แล็ปท็อป Laptops, โทรศัพท์ Phones และคอมพิวเตอร์ Computers เป็นต้น เนื่องจากมีความต้องการอุปกรณ์ไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์อย่างมาก Great Demand for Electricals & Electronics Devices ในประเทศกำลังพัฒนา และประเทศพัฒนาแล้วหลายประเทศ .. ความต้องการคาร์บอนนาโนทิวบ์ Demand for Carbon Nanotubes คาดว่าจะเติบโตขึ้นในตลาดเหล่านี้ โดยเฉพาะ ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก Asia Pacific Region ที่มีการเติบโตสูงที่สุดในอุตสาหกรรมไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์ Electrical & Electronics Industry ..
ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs เหมาะเป็นอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยคุณสมบัติเชิงกล และคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ยอดเยี่ยม ซึ่งทำให้เป็นที่นิยมใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี และการพัฒนาที่เพิ่มมากขึ้นในภูมิภาคนี้ .. ตลาดจึงคาดว่าจะเติบโตในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ในประเทศกำลังพัฒนา เช่น ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ สิงคโปร์ และจีน ที่มีความต้องการสินค้าอิเล็กทรอนิกส์เพิ่มขึ้น .. ทั้งนี้ เนื่องจากความต้องการสินค้าอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก อุตสาหกรรมการผลิตจึงจัดหาคาร์บอนนาโนทิวบ์ Carbon Nanotubes : CNTsสำหรับความต้องการเซมิคอนดักเตอร์อย่างมากในอุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ .. การลงทุนที่เพิ่มขึ้นของผู้เล่นในตลาดหลักหลายราย ตลาดท่อนาโนคาร์บอนทั่วโลก Global Carbon Nanotubes Market จึงคาดว่าจะมีความต้องการอย่างมากในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีทางการแพทย์ และการดูแลสุขภาพ Medical & Healthcare รวมทั้งระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Systems จากนี้ไป ..
อย่างไรก็ตาม ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs เหล่านี้ มีราคาประมาณ 500 เหรียญสหรัฐฯต่อกรัม ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ .. แม้ว่า CNTs จะเป็นหนึ่งในอุดมคติวัสดุสุดยอดแห่งอนาคตก็ตาม แต่พวกมันมีราคาแพงกว่ามากเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ Carbon Fiber, เหล็กกล้า Steel, ทอง Gold และทองแดง Copper .. ทั้งนี้ สิ่งที่โดดเด่นที่สุดในตลาดสำหรับบทบาทท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงชัดเจนในอนาคตระบบพลังงานนั้น ได้แก่ พลังงานแสงอาทิตย์ Solar Power และระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Systems โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes ซึ่งคาดหมายว่ากำลังจะเข้าสู่ตลาดการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบในอนาคตอันใกล้จากนี้ไป ..
สรุปส่งท้าย ..
เมื่อเรากล่าวถึงความโดดเด่นของท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs นั้น พบว่า พวกมันแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้า 100 เท่า แต่เบากว่าถึง 4 เท่า คุณสมบัติการนำไฟฟ้า และเข้ากันได้ทางชีวภาพ Conductive & Biocompatible .. ท่อนาโนคาร์บอน CNTs คือวัสดุที่น่าสนใจซึ่งสามารถฉายภาพลานตาที่หลากหลายของเทคโนโลยีแห่งอนาคต Futuristic Technologies ..
ท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes : CNTs มักได้รับการยกย่องว่าเป็นกุญแจหลัก Key Conduit สำหรับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วสู่อนาคตพลังงานไร้คาร์บอน Transition to a Zero-Carbon Energy Future .. อย่างไรก็ตาม ในขณะที่หลอด หรือท่อเล็กๆ ที่ใช้กราฟีนเป็นฐาน Graphene-Based Tiny Tubes เหล่านี้ ได้รับการกล่าวขานว่าจะนำมาซึ่งการปฏิวัติในนาโนเทคโนโลยีมานานประมาณ 30 ปีแล้ว แต่ผลิตภัณฑ์ของพวกมัน ยังไม่เคยได้ออกสู่ตลาดเชิงพาณิชย์ปริมาณมากมาก่อนเลยจนเมื่อเราก็ได้เห็นความคืบหน้าอย่างช้าๆ ต่อกรณีการประยุกต์ใช้งานที่น่าประทับใจ เช่น ความก้าวหน้าล่าสุดที่สามารถเปลี่ยน CNTs ให้เป็นสิ่งที่น่าสนใจสำหรับการผลิตกำลังไฟฟ้าสะอาดจากความร้อนเหลือทิ้ง รวมทั้งศักยภาพในการระบายความร้อน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์เพิ่มสูงขึ้นแตะระดับ 80% ได้อย่างเหลือเชื่อ รวมทั้ง พบว่า คาร์บอนนาโนทิวบ์ หรือท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes สามารถจัดเก็บพลังงานได้มากกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่มาตรฐาน Standard Lithium-Ion Batteries ถึง 3 เท่า ..
โครงสร้างจุลภาคอันล้ำสมัย State of the Art Micro-Structures เหล่านี้ ถือเป็นขั้นตอนต่อไปในการพัฒนารูปแบบใหม่ของวัสดุตัวนำยิ่งยวด Superconducting Materials ที่มีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อก้าวข้ามการพัฒนาอุปกรณ์ในระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Devices และระบบพลังงานที่สะอาดกว่า Cleaner Energy Systems .. ความก้าวหน้าดังกล่าวยังสามารถประยุกต์ใช้ได้กับเชื้อเพลิงที่สะอาดกว่า เช่น ไฮโดรเจน Hydrogen : H2 และเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกรอบการทำงานด้านสภาพอากาศของ API Climate Action Framework ที่น่าตื่นเต้น ..
นี่คือ สาเหตุบางประการที่สำคัญซึ่ง LG Chem ยักษ์ใหญ่ด้านปิโตรเคมีของเกาหลีใต้ ใช้ขั้นตอนล่าสุดในการขยายกำลังผลิตท่อนาโนคาร์บอน Expanding Carbon Nanotubes : CNTs Production Capacity ใน Yeosu ทำให้โรงงานของ LG Chem กลายเป็นโรงงานผลิตท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes: CNTs ที่ใหญ่ที่สุดในโลก .. บริษัท LG Chem ตระหนักดีถึงการเติบโตของขนาดธุรกิจในตลาดท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes: CNTs Market ที่เพิ่มขึ้นสูงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า โดยเร่งปรับแผนเพิ่มขนาดกำลังการผลิต CNTs จาก 5,000 ตันในปี 2563 ให้เป็น 20,000 ตันต่อปี ภายในปี 2567 นี้ ..
สิ่งสำคัญ คือความเข้าใจที่กระจ่างแจ้งถึงความสำคัญจำเป็นในอนาคตที่จะต้องใช้ทั้งมาตรการลดการปล่อยมลพิษ Reducing Emissions และการรีไซเคิล Recycling ก๊าซเรือนกระจก Greenhouse Gases ไปพร้อมด้วย รวมทั้งทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ใช้เทคโนโลยีท่อนาโนคาร์บอน Carbon Nanotubes: CNTs กลายเป็นสินค้าโภคภัณฑ์คาร์บอนเป็นกลาง Carbon-Neutral Commodities ที่ยอดเยี่ยม ..
ในอนาคตข้างหน้าจากนี้ไปในภาคการผลิตทางอุตสาหกรรม เชื่อได้ว่า เทคโนโลยี และนวัตกรรมนาโนโครงสร้างจุลภาคที่เป็น Graphene และ Carbon Nanotubes Technologies ซึ่งรวมถึงเทคโนโลยีท่อนาโนคาร์บอนที่บิดตัวเป็นเกลียว Twisted Carbon Nanotubes Technology มาพร้อมด้วยนั้น จะถูกนำไปประยุกต์ใช้สำหรับภาคพลังงาน Energy Sector ในวงกว้างด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุดต่อสังคมมนุษยชาติในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก Reducing Greenhouse Gas Emissions .. ในขณะเดียวกัน คาดหมายว่า ภาคอุตสาหกรรม และภาคพลังงาน Industrial & Energy Sectors โดยเฉพาะพัฒนาการของระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage System และพลังงานแสงอาทิตย์ Solar Energy ด้วย Carbon Nanotubes : CNTs จะมีส่วนร่วมสำคัญในการแสดงบทบาทนำตามกรอบนโยบายพลังงานสะอาดภาครัฐ Clean Energy Policy เพื่อสนับสนุนนวัตกรรมที่จะขับเคลื่อนประชาคมโลกไปสู่ระบบเศรษฐกิจ และสังคมคาร์บอนต่ำในอนาคตให้สำเร็จได้ในที่สุด ..
…………………………………….
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
Carbon Nanotube | Wikipedia :-
https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube
Twisted Carbon Nanotubes Could Achieve Significantly Better Energy Storage than Advanced Lithium – Ion Batteries | Physic.Org :-
https://phys.org/news/2024-07-carbon-nanotubes-significantly-energy-storage.html
Twisted Carbon Nanotubes Store 3 Times More Energy than Lithium Batteries | Interesting Engineering :-
https://interestingengineering.com/energy/twisted-carbon-nanotubes-energy-storage
Twisted Carbon Nanotubes Can Store More Energy Than Lithium Batteries | Tomorrow’s World Today :-
Global Carbon Nanotubes Market | Precedence Research :-
https://www.precedenceresearch.com/carbon-nanotubes-market
Graphene: The ‘Miracle Material’ that will Change the World :-
https://photos.app.goo.gl/7UG1WcUjq6SstPgi7
Carbon Nanotubes Will Change Renewable Energy :-
