บทความด้านพลังงาน

Spin Batterry: พลังงานไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็ก

นักวิจัยจาก University of Miami ร่วมกับ Universities of Tokyo และ Tohoku ในการพัฒนาแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่เรียกว่า "spin battery" ขึ้นมา ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ที่อัดประจุไฟฟ้าหรือชาร์จได้จากให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ไปยังแม่เหล็กที่มีขนาดระดับนาโนในอุปกรณ์ที่เรียกว่า magnetic tunnel junction (MTJ)

เทคโนโลยีใหม่นี้เป็นความก้าวหน้าอีกขั้นหนึ่งในการสร้าง hard drive ของคอมพิวเตอร์ ที่ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ ส่งผลให้เกิดการทำงานที่รวดเร็วมากขึ้น ราคาถูกลงและใช้พลังงานน้อยลงกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ในอนาคตอันใกล้ แบตเตอรี่ชนิดนี้อาจจะถูกนำมาเป็นแหล่งพลังงานในรถยนต์ด้วย

งานวิจัยนี้ได้รับการเผยแพร่ออนไลน์และตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature ที่มีชื่อเสียงมาก

อุปกรณ์นี้ถูกคิดค้นโดย Stewart E. Barnes นักฟิสิกส์จาก University of Miami และทีมวิจัยของเขา โดยอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถเก็บสะสมพลังงานในแม่เหล็กได้ดีกว่าจากการใช้ปฏิกิริยาเคมีในแบตเตอรี่ทั่วไป

หลักการคล้ายการหมุนรถของเล่น spin battery นี้จะเกิดการหมุนตัวเองเมื่อมีการปล่อยสนามแม่เหล็กเข้าไป โดยไม่มีปฏิกิริยาเคมีมาเกี่ยวข้อง ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีศักยภาพดีที่สุดเท่าที่เคยมีมา

ทีมวิจัยคาดหวังกับผลลัพธ์ที่ได้มาก แต่เครื่องมือนี้กว่าจะสามารถผลิตความต่างศักย์ไฟฟ้าได้สูงหลายร้อยเท่าต้องใช้เวลาสูงถึง 10 นาที มากกว่าเวลามิลลิวินาทีที่คาดกันไว้ ซึ่งผลที่เกิดขึ้นนั้นสวนทางกับความน่าจะเป็นที่คิดไว้ และยังต้องมีการศึกษาเพื่อให้เกิดความเข้าใจในทฤษฎีนี้เพิ่มขึ้นว่าเกิดอะไรขึ้น

ความลับเบื้องหลังเทคโนโลยีนี้คือการใช้แม่เหล็กนาโนเพื่อเหนี่ยวนำแรงขับเคลื่อนทางไฟฟ้า ซึ่งใช้หลักการเดียวกับแบตเตอรี่ทั่วไปยกเว้นการมีรูปแบบที่แน่นอนมากกว่า

พลังงานที่สะสมในแบตเตอรี่ทั่วไปทำให้นำไปใช้กับอุปกรณ์ เช่น iPod หรือรถยนต์ไฟฟ้า อยู่ในรูปของพลังงานเคมี เมื่อมีการเปิดเครื่องหรือกดสวิตช์จะทำให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นและมีการสร้างกระแสไฟฟ้า แต่เทคโนโลยีใหม่นี้จะทำการเปลี่ยนพลังงานแม่เหล็กไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง โดยกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในกระบวนการนี้เรียกว่า spin polarized current และเทคโนโลยีนี้เรียกว่า "spintronics”

การค้นพบนี้ช่วยสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานของแม่เหล็กได้ถ่องแท้ยิ่งขึ้น และการนำไปใช้ในการสร้างอุปกรณ์ MTJs เพื่อประกอบเป็นส่วนหนึ่งของระบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งจะมีการทำงานต่างไปจากทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในปัจจุบัน

ถึงแม้ว่าอุปกรณ์จริงจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางพอๆ กับเส้นผมคนเราและไม่สามารถให้พลังงานต่อ LED (light-emitting diode—แหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์) ได้พลังงานที่สะสมช่วยให้รถยนต์สามารถวิ่งได้เป็นระยะหลายไมล์เลยทีเดียว และอาจจะเพิ่มศักยภาพได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด

มีอุปกรณ์หลายชนิดที่มีแม่เหล็กซ่อนอยู่ เช่น โทรศัพท์มือถือ รถยนต์ หรือในตู้เย็นก็ตาม ซึ่งเทคโนโลยีล่าสุดช่วยให้เราเข้าใจการทำงานของแม่เหล็กมากขึ้น และอาจนำไปสู่การพัฒนาเครื่องจักรในอนาคต ที่ช่วยลดต้นทุนและเพิ่มพลังงานให้มากขึ้น

จากรูปด้านล่าง

ภาพบนสุดคือภาพกราฟิกที่แสดงโครงสร้างของอุปกรณ์นี้ โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหยาบๆ ประมาณเส้นผม

ภาพล่างเป็นภาพขยายบริเวณส่วนกลางของอุปกรณ์นี้ โดยจุดสีขาวแสดงขนาดอะตอม และวงกลมสีขาวคือแม่เหล็กนาโน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของแบตเตอรี่ชนิดนี้

ที่มา: http://www.sciencedaily.com/releases/2009/03/090311162807.htm