นักวิจัยคิดค้น แบตเตอรี่ชนิดใหม่ อะลูมีเนียมซัลเฟอร์ วัสดุหาง่าย ต้นทุนต่ำ

โลกพลังงานในปัจจุบัน มีความก้าวหน้ามากยิ่งขึ้น มีพลังงานใหม่ ๆ ถูกคิดค้นและนำมาใช้มากขึ้น แต่แน่นอน มนุษย์เรายังไม่ละเลิกการใช้พลังงานจากทรัพยากรธรรมชาติอย่างถ่านหินไปได้ง่าย ๆ แต่ในเมื่อเทรนด์พลังงานของโลกกำลังเดินหน้าสู่ความยั่งยืนและการมองหาพลังงานสะอาด เราจึงต้องก้าวต่อไปเพื่อหาพลังงานทดแทนที่เหมาะสม

ตอนนี้เรามีพลังงานสะอาดเยอะมากพอสมควร เพื่อรองรับกับความต้องการพลังงานทั่วโลก โดยเฉพาะตลาดยานยนต์ไฟฟ้าที่กำลังเติบโตอย่างเต็มที่ พลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานสะอาดจึงเป็นที่ใฝ่ปองของเหล่านักลงทุนทั้งหลาย นั่นจึงทำให้ทุกวันนี้เรามีพลังงานแสงอาทิตย์ โซลาร์เซลล์ พลังงานลมจากกังหันลม พลังงานน้ำจากเขื่อน และอีกมากมาย

ยานยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เราอาศัยพลังของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และปัจจุบันก็มีราคาที่แพงเกินไปสำหรับผู้ใช้งานส่วนใหญ่ และพลังงานอื่น ๆ ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่อีกมาก แต่จะทำอย่างไรดีที่เราจะมีพลังงานไฟฟ้าใช้ที่สามารถหาส่วนผสมได้จากวัสดุรอบตัว มีจำนวนมาก และมีราคาไม่แพง นี่จึงเป็นไอเดียด้านพลังงานแบบใหม่จากนักวิจัย MIT

พลังงานแบตเตอรี่ใหม่นี้มีชื่อว่า แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ซัลเฟอร์ (aluminum-sulphur batteries) เป็นแบตเตอรี่ที่ได้มีการทดลองใช้งานจริงและคาดว่าจะทดลองนำเข้าสุ่ตลาดยานยนต์ไฟฟ้าในปี 2023 นี้ด้วย ซึ่งการทดลองนี้ได้เผยแพร่ลงวารสาร Nature ในบทความของศาสตราจารณ์โดนัลด์ ซาโดเวย์ (Donald Sadoway) และนักวิจัยร่วมอีก 15 คนจาก MIT

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง

• แบตเตอรี่โซเดียมไอออน จากแร่เกลือหิน ครั้งแรกในไทย รองรับพลังงานทดแทน

• "แบตเตอรี่ EV" จากใยกัญชง อนาคตธุรกิจกัญชงในประเทศไทย เป็นไปได้ไหม?

• ราคาลิเธียมพุ่งสูงไม่หยุด แบตเตอรี่รถ EV มีแววแพงขึ้น อนาคตจะเป็นอย่างไร?

• แบตเตอรี่จากเปลือกปู ไอเดียใหม่พลังงานทางเลือก

• “แบตเตอรี่ทราย” ทรัพยากรธรรมชาติกู้โลก ราคาถูก เก็บพลังงานได้นานหลายเดือน

ความตั้งใจแรกของซาโดเวย์คือ การประดิษฐ์อะไรก็ได้ที่ดีกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน สำหรับใช้ในยานยนต์ แต่ต้องทำจากวัสดุที่หาง่าย มีจำนวนมากอยู่รอบตัว และต้นทุนต้องต่ำกว่าอย่างแน่นอน เพราะนอกจากจะแพงแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ ทำให้ไม่เหมาะสมกับการขนส่ง ดังนั้นอะไรกันที่จะสามารถข้อจำกัดเหล่านั้นได้

ซาโดเวย์จึงได้เริ่มศุกษาตารางธาตุที่เราท่องจำกันตอนมัธยมอีกครั้ง เพื่อมองหาโลหะราคาถูกและมีอยู่จำนวนมากบนโลกเพื่อทดแทนลิเธียม และเขาก็พบว่า โลกที่มีมากเป็นอันดับ 2 ในตลาด และเป็นโลหะที่มีมากที่สุดในโลก นั่นคืออะลูมิเนียม แต่อะลูมิเนียมไม่สามารถอยู่เดี่ยวเพื่อให้พลังงานได้หรอกจริงไหม และอะไรกันที่จะมาเป็นอิเล็กโทรดอีกขั้วหนึ่ง และอิโทรไลต์ชนิดไหนกันที่สามารถนำมาใส่ระหว่างนั้นเพื่อให้ไอออนเคลื่อนที่ไปมาระหว่างชาร์จและการคายประจุได้

อิเล็กโทรดที่ 2 ที่ซาโดเวย์ค้นพบคือ กำมะถัน หนึ่งในอโลหะที่มีราคาถูกที่สุด ส่วนอิเล็กโทรไลต์ เราต้องคำนึงถึงของเหลวที่ไม่ใช่อินทรีย์ระเหยง่ายและต้องไม่ติดไฟ เพราะอาจเกิดอันตรายระหว่างใช้งานได้ ซึ่งที่พวกเขานึกออกคือเกลือ พวกเขาได้ทดลองนำเกลือหลายชนิดที่มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ และก็พบว่าเกลือนี่แหละทำได้เหมือนกัน โดยเกลือที่เลือกใช้คือ เกลือคลอโร-อะลูมิเนต

ตอนนี้เราได้ส่วนผสมสามอย่างสำหรับทำแบตเตอรี่แล้ว ที่ทั้งราคาถูกและหาซื้อได้ง่าย นั่นคือ อะลูมิเนียม ซึ่งไม่ต่างจากกระดาษฟอยล์ที่ซุปเปอร์มาร์เก็ต กำมะถัน ซึ่งมักเป็นของเสียจากกระบวนการต่างๆ เช่น การกลั่นปิโตรเลียม และเกลือที่มีอยู่ทั่วไป ส่วนผสมทั้ง 3 ที่ลงตัว มีราคาถูกและปลอดภัย มันไม่สามารถเผาไหม้ได้

การทดลองขั้นต่อไปคือ การลองนำไปชาร์จไฟ จากการทดลองของทีมงาน แบตเตอรี่สามารถทดได้หลายร้อยรอบด้วยอัตราการชาร์จที่สูงเป็นพิเศษ โดยมีค่าใช้จ่ายต่อเซลล์ประมาณ 1 ใน 6 ของราคาเซลล์ลิเยมไอออนที่เทียบเคียงได้ อัตราชาร์จขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงาน โดยหากใช้อุณหภูมิ 110 องศาเซลเซียส จะอสดงอัตราชาร์จที่เร็วกว่าระดับองศาที่ 25 องศาเซลเซียสถึง 25 เท่า

ยิ่งไปกว่านั้น แบตเตอรี่ไม่ต้องใช้แหล่งความร้อนภายนอกเพื่อรักษาอุณหภูมิในการทำงาน ความร้อนเกิดขึ้นตามธรรมชาติทางไฟฟ้าเคมีโดยการชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่

“เมื่อคุณชาร์จ คุณจะสร้างความร้อน และนั่นทำให้เกลือไม่แข็งตัว จากนั้นเมื่อคุณระบายออก มันก็สร้างความร้อนด้วย” ซาโดเวย์ กล่าว

เขากล่าวว่าสูตรแบตเตอรี่ใหม่นี้เหมาะสำหรับการติดตั้งขนาดประมาณที่จำเป็นสำหรับจ่ายไฟให้กับบ้านเดี่ยวหรือธุรกิจขนาดเล็กถึงขนาดกลาง โดยผลิตตามคำสั่งของความจุไม่กี่สิบกิโลวัตต์-ชั่วโมง ขนาดที่เล็กลงของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ซัลเฟอร์ยังทำให้ใช้งานได้จริง เช่น สถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

ท้ายที่สุด เทคโนโลยีนี้ได้ตกเป็นของบริษัทที่ชื่อว่า Avanti ที่มีผู้ร่วมก่อตั้งคือ ซาโดเวย์เองกับ Luis Ortiz ’96 ScD ’00 ซึ่งเป็นผู้ร่วมก่อตั้ง Ambri บริษัทแบกย่อยสำหรับแบตเตอรี่โลหะเหลมที่ถูกพัฒนาขึ้นเมื่อหลายปีก่อนของ ซาโดเวย์ด้วยเช่นกัน

พวกเขาคาดหวังว่า ภายในปีหน้ามันจะสามารถทดลองจนได้ผลสำเร็จที่มีคุณภาพมากขึ้น และสามารถออกสู่ตลาดได้ภายในปี 2023 คุณล่ะคิดว่าแบตเตอรี่ตัวนี้เป็นอย่างไรบ้าง สำหรับการรองรับอนาคตยานยนต์ EV แต่สำหรับผู้เขียนคือต้องดูกันไปยาว ๆ เราไม่อาจรู้ได้ว่าผลกระทบจากแบตเตอรี่ในอนาคตนี้จะส่งผลอย่างไรต่อสิ่งแวดล้อมบ้างหรือไม่

ข้อควรรู้เพิ่มเติม

หลังจากซาโดเวย์ได้เผยแพร่กลยุทธ์ของแบตเตอรี่ตัวนี้ออกไป มีคำถามถามเข้ามาเยอะมาก โดยเฉพาะการถามถึงเรื่องแบตเตอรี่ที่ใช้กำมะถัน จะเสี่ยงเกิดกลิ่นเหม็นหรือเปล่า ซึ่งเขาตอบอย่างมั่นใจเลยว่า ไม่แน่นอน เขาอธิบายว่า “กลิ่นไข่เน่าอยู่ในแก๊สไข่เน่า นี่คือธาตุกำมะถัน และมันจะถูกปิดล้อมอยู่ภายในเซลล์” หากคุณพยายามเปิดเซลล์ลิเธียมไอออนในครัวของคุณ เขากล่าว (และโปรดอย่าทำที่บ้าน!)

"ความชื้นในอากาศจะทำปฏิกิริยาและคุณจะเริ่มสร้างกลิ่นเหม็นทุกประเภท ก๊าซเช่นกัน คำถามเหล่านี้เป็นคำถามที่ถูกต้อง แต่แบตเตอรี่ปิดสนิท ไม่ใช่ภาชนะเปิด ดังนั้นฉันจะไม่กังวลเกี่ยวกับเรื่องนั้น”

ที่มาข้อมูล

Researchers develop a new kind of battery, made entirely from abundant and low-cost material : thebrighterside.news

Fast-charging aluminium–chalcogen batteries resistant to dendritic shorting : Nature

New aluminum-sulphur battery developed to lower cost of energy storage : mining.com