ในยุคที่ยานยนต์ไฟฟ้าและพลังงานหมุนเวียนได้รับความนิยมอย่างต่อเนื่อง นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันสเตทค้นพบวิธีการที่น่าสนใจในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ โดยใช้โปรตีนจากข้าวโพดที่เรียกว่าซีน ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาแบตเตอรี่ที่เบากว่า ถูกกว่า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ อนาคตของพลังงานสะอาด
แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ได้รับการยกย่องว่าเป็นทางเลือกที่น่าจับตามองสำหรับเทคโนโลยีในอนาคต เนื่องจากมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน
- น้ำหนักเบา ซัลเฟอร์ที่ใช้ในแบตเตอรี่มีน้ำหนักเบากว่าโลหะออกไซด์ที่ใช้ในแคโทดของแบตเตอรี่ทั่วไป ทำให้แบตเตอรี่มีน้ำหนักรวมน้อยลง ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าและการใช้งานในอากาศยาน
- ต้นทุนต่ำ ซัลเฟอร์เป็นผลพลอยได้จากการกลั่นน้ำมันและก๊าซ ซึ่งมีราคาถูกและหาได้ง่าย
- เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การใช้ซัลเฟอร์ช่วยลดการพึ่งพาการขุดโลหะ เช่น โคบอลต์และนิกเกิล ซึ่งมักมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและเกี่ยวข้องกับสภาพการทำงานที่ไม่เหมาะสม
- ความหนาแน่นของพลังงานสูง แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์สามารถกักเก็บพลังงานได้มากกว่าในปริมาตรที่เท่ากัน ซึ่งหมายถึงระยะทางที่ไกลขึ้นสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม อุปสรรคสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์คืออายุการใช้งานที่สั้น เนื่องจากปัญหาสองประการหลัก
- การเคลื่อนที่ของซัลเฟอร์ ระหว่างการชาร์จ ซัลเฟอร์บางส่วนละลายและเคลื่อนที่ไปยังส่วนของแบตเตอรี่ที่มีลิเธียม ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ลดประสิทธิภาพและทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็ว
- การก่อตัวของเดนไดรต์ ลิเธียมสามารถก่อตัวเป็นหนามโลหะขนาดเล็กที่เรียกว่าเดนไดรต์ ซึ่งอาจแทงทะลุชั้นกั้นภายในแบตเตอรี่และทำให้เกิดการลัดวงจร
โปรตีนจากข้าวโพด ทางออกที่ไม่คาดคิด
ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Katie Zhong และ Dr. Jin Liu ค้นพบว่าโปรตีนซีนจากข้าวโพดสามารถแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้ โดยพวกเขาได้พัฒนาชั้นกั้นที่เคลือบด้วยโปรตีนซีนผสมกับพลาสติกยืดหยุ่นเล็กน้อย ชั้นกั้นนี้มีคุณสมบัติพิเศษดังต่อไปนี้
- ป้องกันการเคลื่อนที่ของซัลเฟอร์ โปรตีนซีนช่วยกักเก็บซัลเฟอร์ไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม ป้องกันการรั่วไหลไปยังส่วนอื่นของแบตเตอรี่
- ยับยั้งการก่อตัวของเดนไดรต์ ชั้นเคลือบนี้ช่วยลดการก่อตัวของหนามโลหะจากลิเธียม ทำให้แบตเตอรี่ปลอดภัยและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
จากการทดสอบในแบตเตอรี่ขนาดเล็ก ทีมวิจัยพบว่าแบตเตอรี่ที่มีชั้นกั้นเคลือบโปรตีนซีนสามารถรักษาความจุได้นานกว่า 500 รอบการชาร์จ ซึ่งนับว่าเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ทั่วไปที่มักมีอายุการใช้งานสั้นกว่ามาก ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Power Sources และได้รับการสนับสนุนจากการทดลองในห้องปฏิบัติการและการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์
ทำไมต้องใช้โปรตีนจากข้าวโพด
โปรตีนซีนเป็นวัสดุที่มีข้อดีหลายประการ
- ความยั่งยืน ข้าวโพดเป็นพืชที่ปลูกอย่างแพร่หลายทั่วโลก และซีนเป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมอาหารและเอธานอล ทำให้เป็นวัสดุที่หาได้ง่ายและมีราคาถูก
- โครงสร้างทางเคมีที่ซับซ้อน โปรตีนมีกรดอะมิโนที่สามารถปรับแต่งให้โต้ตอบกับส่วนประกอบของแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การใช้โปรตีนจากพืชช่วยลดการพึ่งพาวัสดุสังเคราะห์ที่อาจมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
เพื่อให้โปรตีนซีนทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ นักวิจัยได้เติมพลาสติกยืดหยุ่นในปริมาณเล็กน้อยเพื่อคลายโครงสร้างของโปรตีน ทำให้กรดอะมิโนสามารถโต้ตอบกับซัลเฟอร์และลิเธียมได้ดีขึ้น ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
บริบทและความก้าวหน้าจากงานวิจัยอื่นๆ
งานวิจัยเกี่ยวกับการใช้โปรตีนซีนในแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์เป็นส่วนหนึ่งของความพยายามที่กว้างขึ้นในการพัฒนาวัสดุชีวภาพสำหรับเทคโนโลยีพลังงานสะอาด ตามรายงานจาก ScienceDaily เมื่อวันที่ 15 เมษายน 2025 การใช้โปรตีนจากพืช เช่น ซีน อาจช่วยลดต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่และเพิ่มความยั่งยืนของอุตสาหกรรม นอกจากนี้ รายงานจาก BloombergNEF ในปี 2024 ระบุว่าความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนทั่วโลกคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในทศวรรษหน้า โดยเฉพาะในภาคยานยนต์และการเก็บพลังงานหมุนเวียน การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ที่ใช้โปรตีนจากข้าวโพดอาจตอบโจทย์ความท้าทายด้านต้นทุนและสิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ
อย่างไรก็ตาม ยังมีความท้าทายในการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในระดับอุตสาหกรรม ตามที่ระบุในบทความจาก Green Car Congress เมื่อวันที่ 16 เมษายน 2025 แม้ว่างานวิจัยนี้จะประสบความสำเร็จในระดับห้องปฏิบัติการ การทดสอบในแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ที่ใช้ในยานยนต์ไฟฟ้ายังคงเป็นขั้นตอนที่ต้องใช้เวลาและความร่วมมือกับภาคอุตสาหกรรม การวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพของโปรตีนซีนและการขยายขนาดการผลิตเพื่อให้สามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
อนาคตของเทคโนโลยีนี้
ในขณะนี้ การวิจัยยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และทีมวิจัยกำลังมุ่งเน้นไปที่การศึกษากรดอะมิโนในโปรตีนซีนที่มีบทบาทสำคัญในการป้องกันการเคลื่อนที่ของซัลเฟอร์และการก่อตัวของเดนไดรต์ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์จะช่วยระบุส่วนประกอบของโปรตีนที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งอาจนำไปสู่การออกแบบแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
หากเทคโนโลยีนี้สามารถขยายขนาดไปสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้ แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ที่ใช้โปรตีนจากข้าวโพดอาจกลายเป็นทางเลือกที่ปฏิวัติวงการ โดยเฉพาะใน
- ยานยนต์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ที่เบากว่าและมีระยะทางไกลขึ้นจะช่วยเพิ่มความน่าสนใจของยานยนต์ไฟฟ้า
- การเก็บพลังงานหมุนเวียน แบตเตอรี่ที่มีต้นทุนต่ำและยั่งยืนจะช่วยให้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมีประสิทธิภาพมากขึ้น
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์พกพาอื่นๆ อาจได้รับประโยชน์จากแบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักเบาและอายุการใช้งานยาวนาน
สรุป
การค้นพบการใช้โปรตีนซีนจากข้าวโพดในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์เป็นตัวอย่างที่น่าตื่นเต้นของการผสมผสานระหว่างนวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์และวัสดุจากธรรมชาติ เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่มีศักยภาพในการลดต้นทุนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้า แต่ยังอาจปูทางไปสู่การพัฒนาระบบพลังงานที่ยั่งยืนมากขึ้นในอนาคต แม้ว่าจะยังต้องมีการวิจัยและทดสอบเพิ่มเติม ความก้าวหน้านี้แสดงให้เห็นถึงพลังของการคิดนอกกรอบในการแก้ปัญหาความท้าทายด้านพลังงานของโลก
