แบตเตอรี่จากเกลือ ทางเลือกแห่งอนาคตของพลังงานไฟฟ้า
เราทราบกันดีว่าข้อจำกัดด้านแบตเตอรี่ ถือเป็นหนึ่งในเงื่อนไขสำคัญในการพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าและเทคโนโลยีพลังงานสะอาด จากปัญหาคอขวดของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน แต่ปัญหาดังกล่าวกำลังจะหมดไปจากการถึงของ แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน
แบตเตอรี่ถือเป็นหัวใจหลักในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีปัจจุบัน คุณสมบัติในการกักเก็บประจุไฟฟ้าภายในเป็นสิ่งที่ถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์หลายชนิด ถือเป็นปัจจัยสำคัญในโลกยุคใหม่ โดยเฉพาะอุปกรณ์ประเภทยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต้องพึ่งพาแบตเตอรี่ที่มีความจุมากเป็นพิเศษ
ปัจจุบันแบตเตอรี่ที่ได้รับความนิยมคือ แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน ด้วยคุณสมบัติเด่นหลายด้าน ทั้งความหนาแน่นของพลังงานมาก, อัตราการคายประจุน้อย, แรงดันไฟฟ้าสูง ไปจนน้ำหนักเบา เหล่านี้คือข้อดีที่ทำให้แบตเตอรี่ยังคงใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่ปัจจุบันเทคโนโลยีลิเธียม-ไอออนเริ่มถึงคอขวดจนต้องมองหาตัวเลือกอื่น
กระนั้นก่อนอื่นคงต้องขออธิบายสักนิดว่า ข้อจำกัดที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนถูกลดความสำคัญลงคืออะไร
ขีดจำกัดของแบตเตอรี่รุ่นเก่า เมื่อลิเธียม-ไอออนไม่ใช่คำตอบอีกต่อไป
หลายท่านอาจสงสัยเหตุใดจึงเริ่มมีแนวคิดเปลี่ยนวัสดุภายในแบตเตอรี่ ในเมื่อลิเธียม-ไอออนที่เป็นเทคโนโลยีเก่ายังมีคุณสมบัติใช้งานได้ดีจนปัจจุบัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดในชีวิตประจำวันยังคงมีประสิทธิภาพ มีความจำเป็นต้องเปลี่ยนผ่านเทคโนโลยีนี้ขนาดนั้นเลยหรือ?
คำตอบคือ ใช่ เมื่อประเมินจากทิศทางเทคโนโลยีและความก้าวหน้าในปัจจุบัน หากต้องการพัฒนาลงทุนในพลังงานสะอาด ถือเป็นเทคโนโลยีที่ต้องเร่งพัฒนา เพื่อให้ทันเป้าหมายลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกให้เหลือ 0 ภายในปี 2050 ในการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม
คอขวดทางเทคโนโลยีของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนในปัจจุบันคือ หนึ่ง ต้นทุนการผลิตของลิเธียมแพงขึ้นเรื่อยๆ จากการที่แร่ชนิดนี้มีความต้องการในท้องตลาดเพิ่มสูงขึ้น โดยนับจากปี 2021 ราคาลิเธียมปรับตัวสูงขึ้นกว่าเดิมร่วม 5 เท่า จากการเติบโตของอุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้า เป็นเหตุให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มจนเริ่มมีการมองหาตัวเลือกใหม่
ปัญหาต่อมาคือความหนานแน่นของพลังงาน แม้เทียบกับแบตเตอรี่รุ่นเก่าอย่าง ตะกั่ว หรือ นิกเกิล-แคดเมียม แล้ว ลิเธียม-ไอออนจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าก็จริง แต่ยังไม่เพียงพอเมื่อเทียบกับการใช้ปริมาณไฟฟ้าขนาดใหญ่กว่ารถยนต์ส่วนบุคคลหรือยานพาหนะชนิดอื่น เป็นข้อจำกัดสำคัญทำให้เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้าไม่สามารถพัฒนาได้มากกว่านี้
นำไปสู่แบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่อาศัย โซเดียม จนกลายเป็น แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน ชนิดใหม่ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่า
แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน แนวทางใหม่ในการพัฒนาแบตเตอรี่
ผลงานนี้เกิดขึ้นจากฝีมือทีมวิจัยของ Skoltech และ Lomonosov Moscow State University ทำการพัฒนาแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน ขึ้นมา โดยมีจุดหมายคือใช้แทนแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนแบบเดิม ด้วยวัสดุที่มีต้นทุนการผลิตถูกกว่าการใช้ลิเธียมเป็นวัตถุดิบหลักมาก
แกนหลักของแบตเตอรี่ชนิดนี้เกิดขึ้นโดยวัสดุชนิดใหม่คือ ผงโซเดียม-วานาเดียม ฟอสเฟต ฟูออไรด์ ที่มีโครงสร้างผลึกเฉพาะ ด้วยอัตราส่วนและการจัดเรียงอะตอมจากการทดลองเป็นเวลานาน จนสามารถสังเคราะห์ออกมาเป็นวัสดุชนิดใหม่เพื่อใช้ในการสร้างแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงได้สำเร็จ
จุดเด่นของแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนชนิดนี้คือ ความหนาแน่นของพลังงานมากขึ้นราว 10 – 15% นี่หมายถึงความจุสูงสุดที่แบตเตอรี่แต่ละก้อนรับได้จะเพิ่มมากขึ้น ช่วยเพิ่มขีดความสามารถของแบตเตอรี่รวมถึงเทคโนโลยีพลังงานไฟฟ้า ให้สามารถใช้งานและพัฒนาได้ไกลขึ้น
คุณสมบัติเด่นประการต่อมาจากวัสดุชนิดนี้คือ การที่แคโทดสามารถทำงานแม้ในอุณหภูมิต่ำ สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไออ้อนที่มีข้อจำกัดเมื่ออุณหภูมิต่ำเกินไป การกระตุ้นเซลล์ไฟฟ้าภายในจะทำได้น้อยลงจนต้องไม่สามารถดึงประจุไฟฟ้าออกมาใช้งานได้เต็มที่ ตรงข้ามกับแบตเตอรี่ชนิดนี้ที่รองรับได้แม้แต่สภาพอากาศหนาวเย็นในรัสเซีย
นอกจากนี้เมื่อเทียบกับต้นทุนวัตถุดิบของแบตเตอรี่แล้ว โซเดียมมีราคาขายอยู่ราว 14,000 บาท/ตัน ในขณะที่ลิเธียมปัจจุบันราคาพุ่งไปถึง 2.47 ล้านบาท/ตัน ต่างกันเกือบ 200 เท่า แม้วัสดุชนิดใหม่จำเป็นต้องใช้กรรมวิธีการผลิตเฉพาะ แต่ต้นทุนการผลิตรวมจะลดลงเมื่อเทียบการใช้ลิเธียมเป็นวัตถุดิบมาก ช่วยจูงใจให้คนมาใช้งานกันมากขึ้น
อีกทั้งโซเดียมยังเป็นแร่ธาตุที่สามารถค้นหานำมาใช้งานง่าย สามารถค้นพบได้ตามท้องทะเล มหาสมุทร ไปจนเปลือกโลก ไม่จำเป็นต้องใช้เหมืองโลหะแบบการขุดค้นลิเธียม อาจช่วยให้เราลดการพึ่งพาโลหะหายากและการทำเหมือง ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมด้วยเช่นกัน
โดยทีมนักวิจัยคาดหวังว่าแบตเตอรี่ชนิดนี้จะถูกนำมาใช้งานแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน ในการใช้งานยานพาหนะขนาดใหญ่ เช่น รถประจำทาง รถบรรทุก ไปจนเครื่องบินพลังงานไฟฟ้า รวมถึงในการจัดเก็บพลังงานจากโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียน ที่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ในการกักเก็บประจุไฟฟ้าไว้นำมาใช้งานในภายหลัง
นี่คือเหตุผลว่าทำไมเทคโนโลยีนี้จึงน่าสนใจและอาจมีความสำคัญในอนาคต การส่งเสริมผลักดันพลังงานสะอาดเกิดขึ้นทั่วโลกและต้องได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว เพราะเราทราบดีว่าภาวะโลกร้อนยังคงเกิดขึ้นต่อเนื่อง แม้เทคโนโลยีลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจะได้รับการพัฒนาอยู่ทุกวัน แต่บอกได้ยากว่ากว่าจะถึงวันที่ทำได้สำเร็จจะสายเกินไปหรือไม่
แต่อย่างน้อยก็แน่ใจได้ว่านี่เป็นอีกก้าวแห่งความพยายามในการรักษาธรรมชาติที่มนุษย์เราพอจะทำได้
ที่มา
https://www.springnews.co.th/news/825493
https://exportv.ru/price-index/sodium-metal