ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล

        ทรัพยากรมีจำกัดแต่ประชากรโลกกลับเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อยๆ อีกหนึ่งหน้าที่ของนักวิทยาศาสตร์คือการการสรรหาพลังงานทดแทนเพื่อรองรับกับความขาดแคลนที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต พลังงานสะอาดอย่างเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่จึงเป็นทางเลือกใหม่ สำหรับการวิจัยทางด้านพลังงานที่นักวิจัยสาวเก่งจากเอ็มเทค ได้วิจัยและออกแบบโครงสร้างเกิดเป็นแบตเตอรี่แบบใหม่ที่มีขนาดเล็กแต่ประสิทธิภาพสูงเป็นที่ยอมรับระดับโลก

             ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล นักวิจัยและหัวหน้าห้องปฏิบัติการวัสดุและระบบเพื่อใช้ประโยชน์ทางพลังงานไฟฟ้าเคมี ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กล่าวว่า เรื่องพลังงานเป็นสิ่งที่ทั่วโลกเริ่มให้ความสนใจมาระยะหนึ่ง เธอเองก็เช่นกันที่มีแนวคิดตั้งแต่เด็กว่า อยากทำอะไรสักอย่างเกี่ยวกับด้านพลังงาน เพราะเข้าใจดีว่าพลังงานโดยเฉพาะน้ำมันต้องขาดแคลนและหมดไปในที่สุด ตอนเลือกเรียนปริญญาตรีเธอจึงเลือกศึกษาทางด้านวัสดุศาสตร์ เพื่อคิดค้นและหาวิธีที่จะพัฒนาวัสดุที่เป็นพลังงานทดแทน โดยเธอได้รับทุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไปศึกษาต่อระดับปริญญาตรี ในคณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาวัสดุศาสตร์ ที่มหาวิทยาลัยคอร์แนล สหรัฐฯ และศึกษาต่อระดับปริญญาโทและปริญญาเอกที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาซูเซตส์ (เอ็มไอที) สหรัฐฯ ทางด้านวัสดุศาสตร์ เซรามิกส์

             ดร.พิมพา เล่าว่า เธอเริ่มทำโปรเจคตั้งแต่อายุ 18 ปี ด้วยการพัฒนาวัสดุใบพัดเครื่องบิน ร่วมกับนักศึกษาปริญญาเอก ให้ใบพัดมีน้ำหนักเขึ้นแต่มีประสิทธิภาพดี พอได้เริ่มทำโปรเจคของตัวเองแบบเต็มตัวจึงสนใจการทำวัสดุให้เล็กลงอีกเช่นกัน แต่เป็นส่วนของแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้กักเก็บพลังงานทดแทนจากพลังงานลม และแสงอาทิตย์ ซึ่งความท้าทายอยู่ที่เธอต้องพัฒนาให้เซลล์แบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้น ในขณะที่ขนาดของแบตเตอรี่ต้องเล็กลง ทำให้เธอกลายเป็นผู้หญิงคนแรกและคนเดียวที่เอ็มไอที ที่เริ่มทำแล็บเกี่ยวกับการพัฒนาพลังงานทดแทนด้วยการพัฒนาวัสดุเซรามิกส์ และการขึ้นรูปให้ขั้วแบตเตอรี่และขั้วของเซลล์เชื้อเพลิงให้มีความเหมาะสม

             ดร. พิมพา อธิบายถึงงานวิจัยที่เธอและทีมร่วมทำว่า เป็นงานวิจัยคุณสมบัติของวัสดุนำไฟฟ้าแบบผสม (mixed conducting materials) ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถนำทั้งประจุลบที่เป็นอิเล็กตรอน และประจุบวกที่เป็นไอออนบวกได้พร้อมๆกัน โดยเน้นไปที่การพัฒนาตัววัสดุสารประกอบเซรามิก และการขึ้นรูปขั้วแบตเตอรี่และขั้วของเซลล์เชื้อเพลิงให้มีโครงสร้างทางจุลภาคที่เหมาะสม ให้สามารถนำประจุและอิเล็กตรอนได้ดีกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้อยู่ทั่วไปในท้องตลาดปัจจุบัน โดยการพัฒนาขั้วแอโนดและแคโทดให้เกิดปฏิกริยาเคมีที่ให้ไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ผ่านกลไกการผลิตกระแสไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิง ที่เกิดจากปฏิกริยาไฟฟ้าเคมีระหว่างเชื้อเพลิงจำพวกคาร์บอนหรือไฮโดรเจนกับออกซิเจนได้ผลิตภัณฑ์เป็นไฟฟ้าและน้ำ

             เจ้าของผลงาน เผยว่า การพัฒนาคุณสมบัติของวัสดุนำไฟฟ้าแบบผสม จะส่งผลให้อุปกรณ์ผลิตและกักเก็บพลังงานที่ผลิตจากวัสดุชนิดใหม่มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ทั้งในด้านของปริมาณการกักเก็บศักดิ์ไฟฟ้าที่มีขนาดเพิ่มขึ้น การชาร์จที่ใช้เวลาสั้นลงแต่ใช้งานได้ยาวนานขึ้น ในขนาดที่กะทัดรัด สะดวกต่อการพกพา อายุการใช้งานที่ยาวขึ้น และราคาต้นทุนที่ลดลง ซึ่งจะทำให้คนจำนวนมากหันมาใช้พลังงานทดแทน หรือพลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงมากขึ้น ที่นอกจากจะเป็นพลังงานสะอาด ไม่สร้างมลพิษแล้วยังมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน

             ผลงานวิจัยทางด้านแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงส่วนหนึ่ง ที่ ดร.พิมพา ได้คิดค้นขึ้นได้ถูกนำไปต่อยอดให้เกิดการก่อตั้งบริษัทแบตเตอรี่ที่เป็นที่รู้จักในระดับนานาชาติเป็นที่เรียบร้อยแล้ว คือ บริษัท A123Systemและ บริษัท 24M Technologies ณ สหรัฐฯ ที่นำเทคโนโลยีไปใช้ในรถไฟฟ้าไฮบริด เครื่องมือช่าง และในแบตเตอรี่ขนาดใหญ่สำหรับระบบสำรองและควบคุมความเสถียรของไฟฟ้า ได้รับการตีพิมพ์จากวารสารวิชาการต่างประเทศ 45 ฉบับ ได้รับการยกย่องจากนิตยสาร Scientific American ให้เป็นงานวิจัยเปลี่ยนโลก (World Changing Idea) และได้รับเลือกให้เป็นนักวิจัยสตรี ผู้ได้รับทุนโครงการทุนวิจัย ลอรีอัล ประเทศไทย “เพื่อสตรีในงานวิทยาศาสตร์” สาขาวัสดุศาสตร์ ประจำปี 2557 อีกด้วย

ตัวอย่างแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงที่ถูกพัฒนาให้มีขนาดที่เล็กลง แต่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น