ที่ปรึกษา รมว.อุตฯ เยี่ยมชมศูนย์บริการวิเคราะห์ทดสอบ สวทช. หารือการประยุกต์ใช้ตัวเก็บประจุยิ่งยวดกราฟีนในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่..D

เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2565 นายสุชาติ ไตรแสงรุจิระ ที่ปรึกษารัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม พร้อมด้วย นายจุลพงษ์ ทวีศรี รองปลัดกระทรวงอุตสาหกรรม นายธีรวุธ ตันนุกิจ ผู้อำนวยการกองนวัตกรรมวัตถุดิบและอุตสาหกรรมต่อเนื่อง นายชาคริต สุขเจริญ วิศวกร โลหการชำนาญการพิเศษ หัวหน้ากลุ่มส่งเสริมและพัฒนาโรงงาน นางสาวธารกมล ถาวรพานิช วิศวกรโลหการ ชำนาญการพิเศษหัวหน้ากลุ่มนวัตกรรมอุตสาหกรรมโลหการ กรมอุตสาหกรรมพื้นฐานและการเหมืองแร่ และคณะ เยี่ยมชมห้องปฏิบัติการพร้อมหารือความร่วมมือในการประยุกต์ใช้ตัวเก็บประจุยิ่งยวดกราฟีนในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ ณ อาคารทาวเวอร์ C อุทยานวิทยาศาสตร์ ประเทศไทย สวทช. โดยมี ดร.ณฏฐพล วุฒิพันธุ์ ผู้อำนวยการฝ่ายอาวุโส ศูนย์บริการวิเคราะห์ทดสอบ ดร.อดิสร เตือนตรานนท์ หัวหน้าฝ่ายวิจัยกราฟีนและนวัตกรรมการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ และคณะให้การต้อนรับ

นายสุชาติ ไตรแสงรุจิระ ที่ปรึกษารัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม กล่าวว่า การประชุมหารือในครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างความร่วมมือในการประยุกต์ใช้ตัวเก็บประจุยิ่งยวดกราฟีนในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่และการวิจัยการใช้ประโยชน์จากพืชกัญชงเป็นขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ เพื่อส่งเสริมและผลักดันการสร้างมูลค่าเพิ่มให้แก่ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับพืชกัญชงไทยให้เกิดเป็นรูปธรรม

จากนั้นคณะที่ปรึกษาฯ ลงพื้นที่เยี่ยมชมห้องปฏิบัติการทดสอบตัวเก็บประจุยิ่งยวดกราฟีนและกระบวนสำหรับการพัฒนางานวิจัยจากการประยุกต์กราฟีนเพื่อใช้งานด้านพลังงาน ทีมนักวิจัยฯ สามารถนำกราฟีนที่มีโครงสร้างทั้งแบบ 2 และ 3 มิติ มาพัฒนาเป็นวัสดุในขั้วอิเล็กโทรดสำหรับตัวเก็บประจุยิ่งยวด (Supercapacitor) แบตเตอรี่สังกะสีไอออน (Zinc-Ion Battery) แบตเตอรี่ลิเทีมซัลเฟอร์ (Li-Sulflur Battery) และแบตเตอรี่โซเดียมไอออน (Sodium-Ion Battery) ที่สามารถให้ค่าความจุและพลังงานที่สูง ได้ การสังเคราะห์กราฟีนด้วยเทคนิคเคมีไฟฟ้าลอกแผ่นกราฟีนบริสุทธิ์ออกจากขั้วแกรไฟต์ และผสานเข้าไปในเนื้อพอลิเมอร์นำไฟฟ้าได้ด้วยต้นทุนต่ำเป็นครั้งแรกของโลก

นอกจากนี้ ทีมวิจัยฯ ยังได้มีการพัฒนากระบวนการการแปลงวัสดุคาร์บอนที่มีพื้นผิวและรูพรุนสูงจากวัสดุ เหลือทิ้งทางชีวภาพ (Bio-waste) อาทิ กากกะลาปาล์ม กากกาแฟ ต้นไผ่ ชานอ้อย และกัญชง เป็นต้น โดยวัสดุคาร์บอนรูพรุนสูงที่สังเคราะห์จะมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงถึง ~1,800 ตารางเมตร/กรัม และมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเหมาะสมที่จะนำไปใช้เป็นวัสดุสำหรับเตรียมขั้วอิเล็กโทรดของอุปกรณ์กักเก็บพลังงานอย่างตัวเก็บประจุ ยิ่งยวด และแบตเตอรี่ได้

“กราฟีน” จัดเป็นวัสดุนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีที่สุดโดยเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยชั้นของคาร์บอนอะตอมที่หนาเพียง 1 ชั้น มีลักษณะเป็นแผ่นที่มีโครงสร้าง 2 มิติ เหมือนตาข่ายรูปหกเหลี่ยมคล้ายรังผึ้งมีความหนาเท่ากับขนาดของคาร์บอนเพียงอะตอมเดียว หรือประมาณ 0.34 นาโนเมตรจึงทำให้มีคุณสมบัติพิเศษที่แข็งแรงกว่าเหล็กและเพชร นำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดง มีความโปร่งแสง มีความยืดหยุ่นสูง อีกทั้งยังมีพื้นที่ผิวที่สูงถึง 2,630 ตารางเมตรต่อกรัม เหมาะกับการนำไปใช้งานที่หลากหลายจากความมหัศจรรย์ที่ถูกค้นพบทำให้กราฟีนกลายเป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจไปทั่วโลก รวมถึงประเทศไทย ซึ่งสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ได้มองเห็นโอกาสและความสำคัญของวัสดุมหัศจรรย์อย่าง “กราฟีน” และได้เริ่มวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อนำกราฟีนไปประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ อาทิ การพิมพ์ พลังงาน เซ็นเซอร์ วัสดุคอมโพสิต การแพทย์ และการเกษตร เป็นต้น

ในปี พ.ศ. 2553 ทีมวิจัยจากฝ่ายวิจัยกราฟีนและนวัตกรรมการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ สวทช. ประสบความสำเร็จใน “การสังเคราะห์กราฟีนด้วยเทคนิคเคมีไฟฟ้าลอกเอาแผ่นกราฟีนบริสุทธิ์ออกจากขั้วแกรไฟต์ และผสานเข้าไปในเนื้อพอลิเมอร์นำไฟฟ้าได้ด้วยต้นทุนต่ำเป็นครั้งแรกของโลก” โดยมีผลงานที่ได้รับความสนใจจากภาคเอกชนต่อยอดนำไปผลิตหมึกนำไฟฟ้ากราฟีนเพื่อจำหน่ายเชิงพาณิชย์ หมึกพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สังเคราะห์ขึ้นจากกราฟีน มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าได้ดี สามารถพิมพ์ลงบนพื้นผิวได้หลายชนิด เช่น กระดาษ และแผ่นพลาสติก ก่อให้เกิดนวัตกรรมใหม่ ๆ นอกจากจะนำไปทำหมึกพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถนำไปใช้ในแผ่นป้ายอาร์เอฟไอดี (RFID) แทนการใช้โลหะทองแดง ที่มีต้นทุนสูงกว่าแล้วยังสามารถประยุกต์ทำเป็นบรรจุภัณฑ์อัจฉริยะได้

นอกจากนี้ ยังนำไปพัฒนาเป็นสารเปล่งแสงที่ใช้ในจอแสดงผลชนิด “โอแอลอีดี”(OLED) ที่มีต้นทุนการผลิตต่ำ ทำเป็นฟิล์มสุริยะหรือแผ่นฟิล์มบางที่ทำหน้าที่เหมือนแผงรับพลังงานจากแสงอาทิตย์แล้วเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า รวมถึงทำเป็นแบตเตอรี่ชนิดบางและตัวตรวจวัดหรือเซนเซอร์ทางการแพทย์ที่มีราคาถูก

ปัจจุบันทีมวิจัยสามารถพัฒนากระบวนการผลิตกราฟีนจากกระบวนการไอระเหยทางเคมี (Chemical Vapor Deposition หรือ CVD) รวมถึงยังมีสามารถพัฒนากระบวนการสังเคราะห์กราฟีนจากกระบวนเผาไหม้ (Combustion Method) ของแมกนีเซียมแล้วได้เป็นกราฟีนบริสุทธิ์สูงได้ และจากพื้นฐานการพัฒนากระบวนการผลิตดังกล่าว ทีมวิจัยยังสามารถนำมาต่อยอดในการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรมให้เป็นวัสดุนาโนคาร์บอนหรือกราฟีนทีมีมูลค่าสูง ซึ่งจะเพิ่มมูลค่าของเหลือทิ้งแล้วยังช่วยลดปัญหามลพิษอีกด้วย

สำหรับการประยุกต์ใช้งานด้านเซนเซอร์ ทีมนักวิจัยฯ ได้ผลิตกราฟีนเพื่อประยุกต์ใช้งานด้านความมั่นคงทั้งด้านสังคม อาหาร การแพทย์ และสิ่งแวดล้อม โดยที่ผ่านมามีการพัฒนาเซนเซอร์ด้วยวัสดุขั้นสูงในกราฟีน โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สกรีนทำให้ได้เซนเซอร์กราฟีนชนิดพิมพ์ที่มีความไวสูง ต้นทุนต่ำ และสามารถรองรับกำลังผลิตในระดับอุตสาหกรรม ทั้งนี้ สวทช. ร่วมมือกับเครือข่ายต่าง ๆ ในการพัฒนาชุดตรวจ เช่น ชุดตรวจสารเสพติด ชุดตรวจเชื้อก่อโรคในอาหาร เซนเซอร์วัดสารเร่งเนื้อแดง และชุดตรวจเชื้อวัณโรค เป็นต้น