นักวิจัยค้นพบวิธีสร้างแผ่นกั้นขั้วไฟฟ้าในแบตเตอรี่ด้วยลิกนินจากไม้ ซึ่งมีความทนทาน ป้องกันการระเบิดหรือไฟไหม้ พร้อมยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ในอุปกรณ์ประจำวัน

ทีมวิจัยที่นำโดย Chengcheng Fang และ Mojgan Nejad จาก Michigan State University สหรัฐอเมริกา ตีพิมพ์ผลงานในวารสาร Advanced Materials ช่วง มี.ค. ที่ผ่านมา แสดงถึงการทำให้ลิกนิน (lignin) ซึ่งเป็นส่วนประกอบตามธรรมชาติในไม้ กลายเป็นแผ่นฟิล์มบาง ๆ เพื่อใช้เป็นแผ่นคั่นระหว่างขั้วไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion) ซึ่งสามารถปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่และยืดอายุการใช้งานได้พร้อมกัน นับเป็นข่าวดีสำหรับผู้บริโภคที่กังวลเกี่ยวกับความเสี่ยงของการใช้งานแบตเตอรี่ชนิดนี้ ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์ต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือ โน้ตบุ๊ก ไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้า 

ภายในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม ประกอบด้วย ขั้วบวก (cathode) ขั้วลบ (anode) อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) ซึ่งเป็นสารตัวกลางที่ช่วยให้ไอออนของธาตุลิเธียมสามารถเคลื่อนย้ายระหว่างขั้วบวกและขั้วลบได้ และแผ่นคั่นระหว่างขั้วไฟฟ้าที่มักทำจากวัสดุพลาสติก เช่น โพลีเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพิลีน (PP) ซึ่งมีแนวโน้มที่จะหดตัวที่อุณหภูมิใกล้ 100°C ซึ่งอาจทำให้ขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่สัมผัสกัน นำไปสู่การลัดวงจรโดยไม่ตั้งใจ และก่อให้เกิดไฟไหม้หรือการระเบิดได้ 

เพื่อลดความเสี่ยงดังกล่าว ทีมวิจัยได้คิดค้นแผ่นกั้นที่ทำจากลิกนิน ซึ่งความเสถียรสูงและไม่หดตัวแม้ในอุณหภูมิสูงถึง 300°C Fang และทีมงานได้ทดสอบความหนาของฟิล์มลิกนินหลายระดับและพบว่า แผ่นกั้นที่ความหนา 25 ไมโครเมตร ซึ่งบางกว่าหนึ่งในสี่ของเส้นผมมนุษย์ มีประสิทธิภาพสูงสุดในการรักษาเสถียรภาพภายในแบตเตอรี่และป้องกันไม่ให้ขั้วบวกและขั้วลบเชื่อมต่อกันได้ 
 

การค้นพบนี้ช่วยลดความเสี่ยงต่อการลัดวงจรและไฟไหม้ได้อย่างมาก และปรับปรุงอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้ถึง 60% ทีมวิจัยสามารถผลิตแผ่นกั้นลิกนินโดยใช้วิธีการแปรรูปแบบแห้งที่มีต้นทุนต่ำ สามารถผลิตแผ่นกั้นลิกนินจำนวนมากได้ตามต้องการ โดยไม่ต้องใช้ตัวทำละลายที่เป็นอันตรายซึ่งมักใช้ในการผลิตแผ่นกั้นแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ วัสดุจากลิกนินและวัสดุอื่น ๆ ที่ใช้สามารถแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ได้ 100% โดยไม่สร้างของเสียหรือมลภาวะใด ๆ Fang กล่าวว่า "ลิกนิน โดยเฉพาะลิกโนซัลโฟเนต (lignosulfonate) มีอยู่มากมายตามธรรมชาติ และไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถใช้ในแบตเตอรี่...เราต้องการสร้างแบตเตอรี่ที่ดีขึ้น แต่เราก็ต้องการให้มันปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และยั่งยืนด้วย"

ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้กำลังอยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตรผ่านศูนย์นวัตกรรม MSU Innovation Center ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวทางการออกแบบใหม่ เพื่อปรับปรุงทั้งความปลอดภัยและความสามารถในการผลิตของวัสดุแบตเตอรี่ เพื่ออนาคตที่พลังงานสะอาดจะปลอดภัยและยั่งยืนยิ่งขึ้น
 

อ้างอิง

https://engineering.msu.edu/news-events/news/2025/07/08/msu-researchers-develop-wood-based-material-that-improves-safety-and-life-of-lithium-ion-batteries 
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419694