Aluminum in Battery Technology for Enhancing Efficiency & Longevity
“…อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ ถือเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มดีสำหรับการทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ ด้วยข้อได้เปรียบที่เหนือกว่า LIBs หลายประการ รวมถึงความปลอดภัย, ต้นทุนต่ำ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม…”
อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al คือโลหะสีขาวเงิน น้ำหนักเบา Lightweight, Silver-White Metal และเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับ 3 ของโลก .. พวกมันมีความหนาแน่นต่ำกว่าโลหะทั่วไปอื่นๆ ประมาณ 1 ใน 3 ของเหล็กกล้า Steel และมีปฏิสัมพันธ์กับออกซิเจน Oxygen : 8O ได้ดี โดยสร้างชั้นออกไซด์ป้องกันบนพื้นผิวเมื่อสัมผัสกับอากาศ .. อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al มีลักษณะคล้ายเงิน Silver : 47Ag ทั้งในด้านสี และความสามารถในการสะท้อนแสงได้ดี รวมทั้งอะลูมิเนียม Aluminium : 13Al มีความอ่อน Soft, ไม่เป็นแม่เหล็ก Nonmagnetic และเหนียว Ductile โดยมีไอโซโทปที่เสถียรอยู่ 1 ตัว คือ 27Al ซึ่งมีอยู่มากมาย ทำให้อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al เป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับ 12 ในจักรวาล Common Element in the Universe รวมทั้งไอโซโทปที่ไม่เสถียรอีก 1 ตัว ได้แก่ 26Al ซึ่งปล่อยคายกัมมันตภาพรังสี จึงถูกนำมาใช้ในการตรวจหาอายุได้ด้วยวิธีเรดิโอเมตริก Radiometric Dating ..
ในประเด็นการนำอะลูมิเนียมมาใช้ในชุดแบตเตอรี่ Aluminium : 13Al in Batteries นั้น พวกมันถูกใช้ในแบตเตอรี่เป็นวัสดุขั้วบวก Anode Material ในแบตเตอรี่โลหะอากาศ Metal-Air Batteries เช่น Aluminium-Air Batteries และ อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries เป็นต้น เนื่องจากมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์อย่างยิ่ง ได้แก่ :-
–การมีอยู่อย่างมากมาย Abundance : อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al มีสำรองในธรรมชาติอยู่มากมาย โดยคิดเป็นประมาณ 8.2% ของเปลือกโลก ..
–ต้นทุนต่ำ Low Cost : อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al มีราคาไม่แพง โดยมีราคาอยู่ที่ประมาณ 2.20 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลกรัม ..
–ความหนาแน่นของพลังงานสูง High Energy Density : อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al มีความจุเชิงปริมาตรขนาดใหญ่ และสูงกว่าลิเธี่ยม Lithium : 3Li ถึง 4 เท่า ..
–รีไซเคิลได้ Recyclable : อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al นั้น ถูกรีไซเคิลกลับมาใช้ใหม่จากอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Aluminum Hydroxides : Al(OH)3 ได้ 100% อย่างง่ายดาย ..
–เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Environmentally friendly : อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al ไม่ติดไฟ Non-Flammable, มีความเป็นพิษต่ำ Low Toxicity และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Environmentally Friendly ..
–ความเสถียรของอากาศ Air Stability : อะลูมิเนียมอะลูมิเนียม Aluminium : 13Al มีเสถียรภาพของอากาศมากกว่าลิเธี่ยม Air Stable than Lithium : 3Li ซึ่งช่วยลดอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นได้ Lowers the Potential Safety Hazard ..
อย่างไรก็ตาม การใช้อะลูมิเนียมในแบตเตอรี่ Use of Aluminium in Batteries มีปัญหาบางประการที่จะต้องคำนึงถึง ได้แก่ ปัญหาการกัดกร่อน โดยขั้วบวกของอะลูมิเนียมสามารถเกิดการกัดกร่อนได้ Aluminum Anodes Can Corrode ทำให้เกิดไฮโดรเจน Hydrogen : H2 และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Aluminum Hydroxides : Al(OH)3 และยังมีสิ่งเจือปนในอะลูมิเนียม Impurities in Aluminum ซึ่งสามารถนำไปสู่การสร้างชั้นที่ทำให้ประสิทธิภาพของตัวแบตเตอรี่ลดลง Formation of Layers that Impair Performance รวมถึงการขาดอิเล็กโทรไลต์ที่คุ้มต้นทุน และทนความชื้น Lack of Cost-Effective & Moisture-Resistant Electrolytes ที่เหมาะสม และการใช้อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง Solid Electrolyte Interphase : SEI อาจไม่เสถียรเนื่องจากการกัดกร่อนของขั้วบวกอะลูมิเนียม Corrosion of the Aluminum Anode มาพร้อมอีกด้วย ..
อย่างไรก็ตาม อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries ถือเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มดีสำหรับการทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ด้วยข้อได้เปรียบที่เหนือกว่า LIBs หลายประการ รวมถึงความปลอดภัย Safety, ต้นทุนต่ำ Low Cost และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Environmental Friendliness .. ขณะที่ แบตเตอรี่โลหะอากาศ Metal-Air Batteries ที่เป็น แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในแง่ของความหนาแน่นของพลังงาน และความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าที่สูง High Energy & Power Density ซึ่งสามารถนำไปใช้บนยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs ได้เป็นอย่างดีด้วยระยะทางที่ไกลลิบลิ่ว ..
แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ทำให้ยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs วิ่งไปได้ไกลกว่า 1,000 ไมล์ ..
แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ผลิตกำลังไฟฟ้าจากปฏิกิริยาของออกซิเจนในอากาศกับอะลูมิเนียมด้วยสูตรทางเคมีไฟฟ้าที่ค่อนข้างง่ายคือ อลูมิเนียม + อากาศ = พลังงาน .. โลหะอะลูมิเนียม Aluminium : 13 Al คือเชื้อเพลิง ซึ่งปฏิกิริยาของออกซิเจนในอากาศ น้ำ และอะลูมิเนียม จะสร้างกระแสไฟฟ้า และนำไปสู่การคายประจุไฟฟ้าที่นำมาใช้งานได้อย่างยอดเยี่ยมด้วยความหนาแน่นพลังงานสูงสุดประเภทหนึ่งเทียบกับแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าทั้งหมดในตลาดระบบจัดเก็บพลังงานปัจจุบัน ..
แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ไม่ต้องใช้ไฟฟ้าเพราะพวกมันไม่ต้องชาร์จ พวกมันสร้างกำลังไฟฟ้าได้อย่างเงียบกริบ และสารละลายอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Aluminium Hydroxide : Al(OH)3 ที่สร้างขึ้นในแบตเตอรี่ที่ใช้แล้ว สามารถส่งไปยังหน่วยรีไซเคิล Recycle เพื่อรับอะลูมิเนียม Aluminum : 13Al กลับคืนมา 100% .. เทคโนโลยีแบตเตอรี่รูปแบบอะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Battery Technology นี้ ปลอดภัยกว่า เพราะใช้เฉพาะอิเล็กโทรไลต์แบบน้ำ Water-Based Electrolyte ที่ปราศจากสารพิษ ต่างจากเทคโนโลยีลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Technology ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ Electrolyte จากสารอินทรีย์ที่มีพิษ และไวไฟสูงกว่า ..
กำลังไฟฟ้าจากปฏิกิริยาของออกซิเจน Oxygen : O2 ในอากาศ กับอะลูมิเนียม Aluminum : 13Al สำหรับแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ถือเป็นหนึ่งในรูปแบบระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ที่ความหนาแน่นพลังงานสูงที่สุดเทียบกับแบตเตอรี่อื่นทั้งหมด แต่ไม่ได้ใช้งานกันอย่างแพร่หลายนัก เนื่องจากก่อนหน้านี้มีปัญหากับต้นทุนแอโนดที่สูง และการขจัดผลพลอยได้ในระบบอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte System สิ่งเหล่านี้ ได้จำกัดการใช้งานไว้เฉพาะแอปพลิเคชันทางการทหารเท่านั้น ..
อย่างไรก็ตาม ปัญหาก่อนหน้านี้ได้รับการแก้ไขแล้ว รถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs ที่ใช้แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries มีศักยภาพในการใช้งานมากกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries อยู่ถึง 8 เท่า ด้วยน้ำหนักรวมที่ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด และทำให้ยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs วิ่งไปได้ไกลกว่า 1,000 ไมล์ ก่อนจะสับเปลี่ยนแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ตัวใหม่ และนำตัวก่อนหน้านี้นั้นไปรีไซเคิลในโรงรถ หรือสถานีบริการในภายหลัง ..
แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries เป็นเซลล์ปฐมภูมิ Primary Cells กล่าวคือ ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ Non-Rechargeable .. เมื่ออะลูมิเนียมแอโนด Aluminium Anode ถูกให้ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศ Atmospheric Oxygen : O2 ที่แคโทดซึ่งจุ่มอยู่ในอิเล็กโทรไลต์แบบน้ำ Water-Based Electrolyte จนหมดเพื่อสร้างไฮเดรทอะลูมิเนียมออกไซด์ Hydrated Aluminium Oxide แล้ว แบตเตอรี่จะไม่ผลิตกำลังไฟฟ้าอีกต่อไป .. อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ที่จะนำแบตเตอรี่กลับมาใช้ใหม่ด้วยขั้นตอนของอะลูมิเนียมแอโนดใหม่ที่ทำจากอะลูมิเนียมออกไซด์ที่เติมน้ำรีไซเคิล ..
การรีไซเคิลดังกล่าวจะมีความสำคัญหากต้องนำแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศมาใช้กันอย่างแพร่หลาย .. มันไม่ได้ยาก แต่การเปลี่ยนพฤติกรรมผู้บริโภคที่คุ้นเคยกับการชาร์จประจุแบตเตอรี่ไปเป็นการสลับเปลี่ยนแบตเตอรี่ Battery Swapping ที่สถานี Swap Stations ด้วยการใช้เวลาสั้นๆ เพียง 90 วินาที อาจฟังดูแปลก .. การรีไซเคิลจะทำให้ได้ Aluminum : 13Al กลับคืนมา 100% รวมทั้งการเติมน้ำ หรือสารละลายบางอย่างลงไปจะเป็นเสมือนการเติมน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ แทนที่จะมีขั้นตอนปฏิบัติเช่นแบตเตอรี่ชาร์จไฟฟ้าได้ทั่วไป ..
ทั้งนี้ แม้ว่าแบตเตอรี่ Aluminum-Air Batteries จะไม่สามารถชาร์จประจุไฟฟ้าได้ Non-Rechargeable .. โดยทั่วไปพวกมันคือ แบตเตอรี่หลัก หรือที่เรียกว่า เซลล์ปฐมภูมิ Primary Cells แต่ความยากลำบากในการชาร์จไฟฟ้านี้ สามารถเอาชนะได้ด้วยกระบวนการชาร์จเชิงกล Mechanical Charging Process .. การอัดประจุเชิงกลของเซลล์อลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Cells ทำได้โดยการเปลี่ยนอิเลคโทรดอะลูมิเนียม ในกระบวนการนี้แบตเตอรี่สามารถเปลี่ยนเป็นสภาวะประจุไฟฟ้าเต็มจากสแต็คชุดเซลล์แบตเตอรี่ที่คายประจุได้ .. เนื่องจากความหนาแน่นพลังงานสูง ดังนั้นสิ่งอำนวยความสะดวกของการชาร์จเชิงกลแบตเตอรี่อลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries อาจเป็นทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงปิโตรเลียมสำหรับรถยนต์ในอนาคต รวมทั้งแบตเตอรี่เหล่านี้ มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำอย่างยิ่ง ..
นอกจากการประยุกต์ใช้โลหะที่เป็น Aluminium : 13Al ในแบตเตอรี่โลหะอากาศแล้ว โลหะอื่นอีกหลายตัวก็สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในลักษณะเดียวกันได้ เช่น สังกะสี Zinc : 30Zn และเหล็ก Iron : 26Fe หรือ Iron Oxide : FeO เป็นต้น .. เซลล์ไฟฟ้าเคมีของโลหะอากาศ Metal-Air Electrochemical Cells เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ขั้วบวกทำจากโลหะบริสุทธิ์ และขั้วลบเป็นแคโทดของอากาศแวดล้อมภายนอก Ambient Air Cathode .. โดยทั่วไปแล้วจะใช้อิเล็กโทรไลท์ที่เป็นน้ำ หรือ Aprotic Electrolyte .. ในระหว่างการคายประจุของเซลล์ไฟฟ้าเคมีโลหะ และอากาศ Metal-Air Electrochemical Cells นั้น ปฏิกิริยารีดักชั่น Reduction Reactions เกิดขึ้นในแคโทดอากาศแวดล้อม Ambient Air Cathode ในขณะที่แอโนดของโลหะ Metal Anode จะถูกออกซิไดซ์ Oxidize ..
ความจุจำเพาะ Specific Capacity และความหนาแน่นพลังงาน Energy Density ของเซลล์ไฟฟ้าเคมีโลหะ และอากาศ Metal-Air Electrochemical Cells นั้น สูงกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries ทำให้เป็นตัวเลือกหลักสำหรับใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า EVs ได้อย่างยอดเยี่ยมอีกด้วย .. อย่างไรก็ตาม ภาวะแทรกซ้อนบางประเด็นที่เกี่ยวข้องกับโลหะแอโนด Metal Anode, ตัวเร่งปฏิกิริยา Catalysts และอิเล็กโทรไลท์ Electrolytes ได้ขัดขวางการพัฒนา และการใช้งานแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum Air Batteries แม้ว่าจะมีการใช้งานเชิงพาณิชย์อยู่บ้างแล้วก็ตาม .. การวิจัยและพัฒนา เพื่อทำตลาดในเชิงพาณิชย์ รวมทั้งเพื่อเพิ่มความเชื่อมั่น จึงยังคงเป็นความจำเป็นที่ขาดไม่ได้ ..
อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไป แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum – Air Batteries ใช้ออกซิเจน Oxygen : O2 จากอากาศเพื่อผลิตกำลังไฟฟ้า ข้อได้เปรียบของพวกมันคือ ไม่จำเป็นต้องจัดเก็บออกซิเจน Oxygen : O2 ไว้ในชุดแบตเตอรี่ หรือบนตัวถังรถ ซึ่งต่างจากแบตเตอรี่อัลคาไลน์ทั่วไป หรือลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries ทั่วไป .. สำหรับ แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries นั้น พวกมัน สูดหายใจเองได้ในบรรยากาศบนพื้นผิวโลก ขณะที่พลังงานจำเพาะทางทฤษฎีของแบตเตอรี่เหล่านี้ มีสูงกว่าเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries ในปัจจุบันอย่างมาก อยู่ถึงประมาณ 3-30 เท่า .. แบตเตอรี่เหล่านี้ ยังมีความปลอดภัยในตัวมันเอง เนื่องจากจะไม่ทำให้เกิดไฟไหม้ หรือระเบิดระหว่างการทำงาน เพราะเหตุว่า การใช้อิเล็กโทรไลท์ที่เป็นน้ำ Water-Based Electrolyte นั้น เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่ง ..
ทั้งนี้ แบตเตอรี่โลหะอากาศ Metal-Air Electrochemical Cells ถูกจำแนกตามประเภทของโลหะที่ใช้ใน Negative Electrode ซึ่งโดยทั่วไป คือ สังกะสี Zinc : 30Zn, แมกนีเซียม Magnesium : 12Mg, อะลูมิเนียม Aluminum : 13Al และ เหล็ก Iron : 26Fe เนื่องจากแบตเตอรี่เหล่านี้ ส่วนใหญ่ใช้วัสดุที่มีปริมาณสำรองในธรรมชาติอย่างมากมาย จึงมีราคาถูกกว่าลิเธี่ยม Lithium : 3Li อย่างมากในตลาด .. ทั้งนี้ความท้าทายในการปรับปรุงพลังงานจำเพาะ ความหนาแน่นของพลังงาน และอายุวงจรการใช้งานให้ยาวนานขึ้นอีกนั้น แม้ว่าแบตเตอรี่โลหะอากาศจะเป็นที่รู้จักมานานกว่า 100 ปี แต่การรุกเข้าสู่ตลาดที่กว้างขึ้นนั้น มักจะถูกขัดขวางโดยประสิทธิภาพ และความเสถียรของอิเล็กโทรด Electrodes, อิเล็กโทรไลท์ Electrolyte และการออกแบบเซลล์ไฟฟ้าเคมี Electrochemical Cells เพื่อให้ตรงต่อความต้องการเฉพาะของกลุ่มผู้บริโภคที่เป็นชุมชน เมือง เช่น ระบบจัดเก็บพลังงานรูปแบบทนยาว Long-Duration Energy Storage ต้นทุนต่ำที่เชื่อถือได้ และปลอดภัยบนโครงข่ายระบบสายส่ง รวมทั้งการประยุกต์ใช้งานบนยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs จากนี้ไป ซึ่งดูเหมือนว่า แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries จะมีความเหมาะสมอย่างยิ่ง ด้วยน้ำหนักเบาที่สุด และทำให้ยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs ของผู้คนวิ่งไปได้ไกลกว่า 1,000 ไมล์ เป็นต้น ..
อย่างไรก็ตาม สำหรับแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries นั้น ข้อกำหนดด้านโครงสร้างพื้นฐานมีน้อยกว่ามาก เชื่อมั่นได้ว่า ไม่ได้รับผลกระทบมากนัก .. ไม่จำเป็นต้องมีเครื่องสับเปลี่ยนแบบอัตโนมัติ Automated Swap Machines ขนาดใหญ่ หรือต้องพึ่งแหล่งพลังงานกำลังไฟฟ้าแรงสูงใดๆ แต่การสลับเปลี่ยนชุดแบตเตอรี่ สามารถใช้อุปกรณ์ปกติรูปแบบธรรมดาในโรงรถของแต่ละครัวเรือน ซึ่งมีกำลังไฟฟ้าเพียงพอสำหรับการสลับเปลี่ยนเครื่อง Enough Power to Run a Swap Machine .. ระบบในปัจจุบัน ได้รับการออกแบบสำหรับการสลับแบตเตอรี่ โดยใช้โมดูลสำเร็จรูปที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 5 Kg พร้อมที่จับสำหรับพกพา สำหรับระบบนี้ โครงสร้างพื้นฐานเป็นเพียงระบบโลจิสติกส์สำหรับคลังสินค้า และการขนส่งทั่วไปเท่านั้น ..
แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ที่ใช้หมดแล้ว จะถูกแทนที่ด้วยแบตเตอรี่รีไซเคิลซึ่งสามารถซื้อขายได้ที่ซูเปอร์มาร์เก็ต และร้านสะดวกซื้อ Supermarkets & Convenience Stores .. การเปลี่ยนแบตเตอรี่เปล่าเป็นแบตเตอรี่ใหม่ที่ชาร์จเต็มแล้ว จะใช้เวลาประมาณ 90 วินาที และจะจบงานที่เครื่องเติมเชื้อเพลิงที่ให้บริการ ณ ‘สถานี Swap Stations’ หลายแห่งได้ ..
การถอดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าออก อาจดูสิ้นเปลืองเมื่อแบตเตอรี่หมดระยะใช้งาน จะเกิดอะไรขึ้นกับแบตเตอรี่ทั้งหมดที่ถอดออกแทนที่จะชาร์จประจุใหม่ .. การพิจารณาอย่างรอบคอบในแง่มุมนี้ และพัฒนาสิ่งที่ดูเหมือนเป็นแบบจำลองที่เป็นไปได้สำหรับการขนส่งแบบย้อนกลับ อันที่จริง ส่วนประกอบหลักที่ใช้ไปสำหรับการใช้งาน แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries คือ น้ำ กับ “เชื้อเพลิง Fuel” ซึ่งในระบบรูปแบบนี้ มันคือแผ่นอะลูมิเนียมซึ่งสามารถนำไปรีไซเคิลได้นั่นเอง ..
บริษัท Phinergy คือ ตัวอย่างบริษัทฯ รายแรกของโลกที่ผลิตแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum Air Batteries ที่เหมาะสำหรับใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ .. แบตเตอรี่ 100 Kg ของ Al-Air Battery มีพลังงานเพียงพอสำหรับการเดินทาง 3,000 Km ในขนาดกะทัดรัด .. สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลนั้น Phinergy ได้สาธิตเทคโนโลยีด้วย รถยนต์ Citroen C1 และแบตเตอรี่รุ่นที่เรียบง่าย 50 แผ่น น้ำหนักแผ่นละ 500 กรัม ในแต่ละกล่องบรรจุด้วยน้ำ รถจะขับขี่ไป 1,800 Km ต่อการกระทำที่คล้ายการชาร์จหนึ่งครั้ง หมายถึงการหยุดเพียงเพื่อเติมน้ำประปา ซึ่งมันคือ อิเล็กโทรไลต์ที่สิ้นเปลืองไปนั่นเอง ..
อะลูมิเนียม Aluminum : 13Al จะไม่มาแทนที่ลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries พวกมันไม่ได้ถูกชาร์จประจุไฟฟ้าจากเต้ารับบนผนัง แต่ช่วยเสริมผนวกเข้ากับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมทั่วไปได้อย่างลงตัว อย่างไรก็ตาม 95% ของการเดินทางของรถในระยะทางสั้นๆ ซึ่งมีแบตเตอรี่มาตรฐานเพียงพอ แบตเตอรี่เสริมสำรองจะถูกใช้ในกรณีที่แบตเตอรี่หมด หรือหากคุณต้องการเดินทางไกล ..
แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries สร้างกำลังไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาเคมีของโลหะอะลูมิเนียม Aluminium : 13Al กับออกซิเจน Oxygen : O2 จากอากาศแวดล้อม แผ่นอลูมิเนียมเป็นขั้วบวก ทั้ง 2 ด้าน เซลล์ถูกปกคลุมด้วยวัสดุที่มีรูพรุนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาสีเงินที่กรอง CO2 องค์ประกอบที่เป็นโลหะจะค่อยๆ ลดลงเป็น Al(OH)3 ..
สูตรเคมีสำหรับปฏิกิริยามีลักษณะดังนี้ :-
4Al + 3O2 + 6H2O = 4 Al (OH)3 + 2.71 V
นี่ไม่ใช่สิ่งแปลกใหม่ที่น่าตื่นเต้น แต่เป็นเทคโนโลยีที่รู้จักกันดี มีการใช้งานกิจการทหาร และกองทัพมาเป็นเวลานานแล้วเนื่องจากองค์ประกอบดังกล่าวให้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมาก แต่ในอดีต วิศวกรไม่เคยสามารถแก้ปัญหาการกรองคาร์บอนไดออกไซด์ Carbon Dioxide : CO2 ที่เกี่ยวข้องได้ .. ทั้งนี้ บริษัท Phinergy ประเทศอิสราเอล อ้างว่าได้แก้ปัญหานี้แล้ว และตั้งแต่ปี 2560 เป็นต้นมา พวกเขาสามารถผลิตแบตเตอรี่อะลูมิเนียม Aluminium Batteries สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าได้แล้ว และการทำตลาดเชิงพาณิชย์นั้น เป็นเรื่องที่จะต้องดำเนินการต่อไป ..
โดยทั่วไป ลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries ที่ใช้งานบนรถยนต์ไฟฟ้า รุ่นเทสลา Tesla S ซึ่งปกติมีแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium Batteries น้ำหนักประมาณ 1,000 Kg และให้ระยะทาง 500 Km หรือในสภาพความเป็นจริงอาจขับเคลื่อนได้เพียง 180-480 Km เท่านั้น .. ตัวอย่างแนวคิดอันหนึ่ง เช่น หากลดขนาด และน้ำหนักของแบตเตอรี่ลิเธี่ยม ลงเหลือ 900 Kg และเพิ่มแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries น้ำหนัก 100 Kg ผนวกเข้าไป .. “มวลของรถ” จะไม่เปลี่ยนแปลง ช่วงระยะทางจากแบตเตอรี่ลิเธี่ยม จะลดลง 10-20% แต่ระยะทางสูงสุดโดยไม่ต้องชาร์จจากแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum Air Batteries จะเพิ่มขึ้นถึง 3,180-3,480 Km ทำให้เจ้าของสามารถขับขี่เดินทางจากมอสโกไปปารีส ได้อย่างสบาย ๆ เป็นต้น ..
การศึกษาอะลูมิเนียม Aluminum : 13Al ในฐานะ “เชื้อเพลิง” สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า พบว่า แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries สามารถสร้างกำลังไฟฟ้า และพลังงานเพียงพอสำหรับช่วงการขับขี่ และการเร่งความเร็วที่คล้ายคลึงกับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงเบนซิน .. ราคาของอะลูมิเนียมในฐานะแอโนด Anode อาจต่ำถึง 1.1 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลกรัม Kg ตราบใดที่ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาถูกนำกลับมาใช้ใหม่ได้ .. ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยรวมระหว่างกระบวนการหมุนเวียนในรถยนต์ไฟฟ้า Aluminum-Air Batteries บนยานยนต์ไฟฟ้า EVs อาจอยู่ที่ 15% ระยะปัจจุบัน หรือ 20% ที่คาดการณ์ไว้ ซึ่งเทียบได้กับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs คือประมาณ 13% ..
ความหนาแน่นพลังงาน Energy Density ของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ที่ออกแบบ คือ 1,300-2,000 Wh/Kg .. ค่าใช้จ่ายของระบบแบตเตอรี่ คือ 29-30 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลวัตต์ KW .. การวิเคราะห์วงจรชีวิต Aluminum Air Battery บน EVs ดำเนินการ และเปรียบเทียบกับ EVs ที่ใช้แบตเตอรี่แบบกรดตะกั่ว Lead Acid Batteries และนิเกิลเมทัลไฮไดรด์ NiMH Batteries .. มีเพียงรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้ Aluminum-Air Batteries เท่านั้น ที่สามารถคาดการณ์ได้ว่า มีช่วงการเดินทางที่เทียบได้กับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engines : ICEs ซึ่งจากการวิเคราะห์เหล่านี้ ส่งผลให้แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries กลายเป็นตัวเลือกที่มีแนวโน้มดีที่สุด เมื่อเทียบกับระบบขับเคลื่อนยานยนต์ด้วยเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน ICEs ด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Fuels ในแง่ของช่วงระยะการเดินทาง ราคาซื้อขาย ค่าเชื้อเพลิง ความปลอดภัย กำลังขับ และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน ..
อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries ถือเป็นอีกหนึ่งตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับยุคหลังแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Post-Lithium Batteries ..
ผู้พัฒนาอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Developer of Aluminum-Ion Batteries อ้างว่า ชุดแบตเตอรี่ของพวกเขา สามารถชาร์จประจุไฟฟ้าได้รวดเร็วกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries อยู่ถึง 60 เท่า และยังถือว่า อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries นั้น คือความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านระยะทางของรถยนต์ไฟฟ้า EV Range Breakthrough มาพร้อมด้วย ..
ความกังวลเรื่องระยะทาง Range Anxiety, การรีไซเคิล Recycling และความกลัวการชาร์จไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว Fast-Charging Fears อาจกลายเป็นเพียงเรื่องในอดีตของรถยนต์ไฟฟ้า Electric-Vehicle History ได้ด้วยการประดิษฐ์แบตเตอรี่อะลูมิเนียม Aluminium Batteries จากออสเตรเลียที่ขับเคลื่อนด้วยนาโนเทคโนโลยี Nanotech-Driven Australian Battery Invention ..
เซลล์แบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนกราฟีน Graphene Aluminum-Ion Battery Cells จาก Graphene Manufacturing Group : GMG ซึ่งตั้งอยู่ในบริสเบน Brisbane ชี้ว่า แบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนกราฟีน Graphene Aluminum-Ion Batteries ของพวกเขา ชาร์จได้เร็วกว่าเซลล์ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Cells ที่ดีที่สุด อยู่ถึง 60 เท่า และเก็บพลังงานได้มากกว่าเซลล์อะลูมิเนียม Aluminum-Based Cells ที่ดีที่สุด อยู่ถึง 3 เท่า อีกด้วย ..
แบตเตอรี่เหล่านี้ยังปลอดภัยกว่า โดยไม่มีขีดจำกัดแอมแปร์สูงสุดที่จะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปโดยไม่ได้ตั้งใจ No Upper Ampere Limit to Cause Spontaneous Overheating, ยั่งยืนกว่า More Sustainable และรีไซเคิลได้ง่ายกว่า Easier to Recycle เนื่องจากมีวัสดุฐานที่มั่นคง Stable Base Materials .. การทดสอบยังแสดงให้เห็นว่า แบตเตอรี่แบบเหรียญ Coin-Cell Validation Batteries ที่ตรวจสอบได้ ยังมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบบลิเธี่ยมไอออน ถึง 3 เท่าอีกด้วย ..
ทั้งนี้ GMG วางแผนที่จะนำเซลล์เหรียญอะลูมิเนียมไอออนกราฟีน Graphene Aluminum-Ion Coin Cells ออกสู่ตลาดในปี 2568 นี้ โดยเซลล์แบบถุงสำหรับยานยนต์ Automotive Pouch Cells มีแผนจะเปิดตัวในช่วงต้นปี 2568 มาพร้อมด้วยเช่นกัน ..
เซลล์แบตเตอรี่ใช้เทคโนโลยีนาโน Battery Cells Use Nanotechnology เพื่อแทรกอะตอมอะลูมิเนียม Insert Aluminum Atoms เข้าไปในรูพรุนขนาดเล็กในระนาบของกราฟีน Tiny Perforations in Graphene Planes โดยอาศัยเทคโนโลยีล้ำสมัยจากสถาบันชีววิศวกรรม และนาโนเทคโนโลยีแห่งออสเตรเลีย มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ University of Queensland’s Australian Institute for Bioengineering & Nanotechnology .. การทดสอบที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญอย่าง Advanced Functional Materials สรุปว่าเซลล์ดังกล่าวมี “ประสิทธิภาพการทำงานที่โดดเด่นในอัตราสูง High-Rate Performance อยู่ที่ 149 mAh g-1 at 5 A g-1 ซึ่งเหนือกว่าวัสดุแคโทด Aluminium-Ion Batteries : AIBs ที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ทั้งหมด” ..
เซลล์แบตเตอรี่อะลูมิเนียมแบบใหม่ New Aluminium Battery Cells ได้รับการอ้างว่าสามารถส่งมอบพลังงานที่มีความหนาแน่นมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนในปัจจุบันได้มาก โดยไม่ต้องประสบปัญหาเรื่องการทำความเย็น ความร้อน หรืออันตรายจากธาตุหายาก เหมือนอย่างเช่นที่แบตเตอรี่เหล่านี้ต้องเผชิญมาก่อนหน้านี้ ..
เซลล์อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Battery Cells คือแหล่งพัฒนาระบบจัดเก็บพลังงานที่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในยานยนต์ Automotive Use ..
โครงการล่าสุด ได้แก่ ความร่วมมือระหว่างมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีต้าเหลียนของจีน China’s Dalian University of Technology และมหาวิทยาลัยเนแบรสกา University of Nebraska รวมถึงมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ Cornell University, มหาวิทยาลัยเคลมสัน Clemson University, มหาวิทยาลัยแมริแลนด์ The University of Maryland, มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด Stanford University, ภาควิชาวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ของมหาวิทยาลัยเจ้อเจียง Zhejiang University’s Department of Polymer Science และกลุ่มอุตสาหกรรมของยุโรป European Alion Industrial Consortium ..
ความแตกต่างนั้น เป็นเรื่องเทคนิคสูง แต่เซลล์ GMG Cells ใช้กราฟีน Graphene ซึ่งผลิตจากกระบวนการพลาสม่า Plasma Process ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของบริษัทฯ แทนที่จะใช้กราไฟต์แบบดั้งเดิม Traditional Graphite และผลลัพธ์ คือความหนาแน่นของพลังงานที่มากกว่าเซลล์ที่ดีที่สุด Energy Density of the Next-Best Cells ก่อนหน้านี้ และมากกว่าของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด Stanford University อยู่ถึง 3 เท่า ..
เทคโนโลยีไอออนอะลูมิเนียมกราไฟต์ธรรมชาติของสแตนฟอร์ด Stanford’s Natural Graphite Aluminum-Ion Technology ให้พลังงาน 68.7 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม Watt-Hours per Kilogram และ 41.2 วัตต์ต่อกิโลกรัม Watts per Kilogram ในขณะที่ โฟมกราไฟต์ Graphite-Foam ให้พลังงานสูงถึง 3,000 วัตต์/กิโลกรัม W/kg .. หากแต่ว่า ด้วยการใช้ Graphene ของแบตเตอรี่ GMG-UQ Batteries นั้น เหนือชั้นกว่ามาก และให้พลังงานระหว่าง 150-160 วัตต์ชั่วโมง/กิโลกรัม Watt-Hours per Kilogram และ 7,000 วัตต์/กิโลกรัม W/kg ..
คาดหมายได้ว่า อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs กำลังจะกลายเป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีสำหรับอนาคตของการจัดเก็บพลังงาน Future of Energy Storage และคาดว่าจะเติบโตขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ด้วยเหตุผลที่อธิบายได้ ได้แก่ :-
–การเติบโตของตลาด Market Growth : ตลาดอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs ทั่วโลก คาดว่าจะเติบโตจาก 1.26 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2566 เป็น 10 พันล้านเหรียญสหรัฐฯในปี 2575 ..
–ความยั่งยืน Sustainable : อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs ผลิตขึ้นจากโลหะที่มีมากมายในโลก และถือเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Sustainable Alternative to Lithium-Ion Batteries ..
–ความหนาแน่นของพลังงานสูง High Energy Density : อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs มีความหนาแน่นของพลังงานตามทฤษฎีสูง High Theoretical Energy Density..
–ราคาไม่แพง Affordable : อะลูมิเนียม Aluminum : 13Al หาซื้อได้ง่าย และราคาไม่แพง ..
–การวิจัย Research : มีการวิจัยเกี่ยวกับอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs มากมาย รวมถึงการพัฒนาวัสดุแคโทดใหม่ Development of New Cathode Materials ที่รุดหน้าอย่างต่อเนื่อง ..
–การใช้งานที่เป็นไปได้ Potential Applications : อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs สามารถใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs และการใช้งานอื่นๆ ที่มีพื้นที่จำกัดได้เป็นอย่างดี ..
จนถึงปัจจุบัน นวัตกรรมการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Battery Storage Innovation คือองค์ประกอบสำคัญสำหรับอนาคตที่มีประสิทธิภาพในระบบพลังงานสะอาดมากขึ้นจากนี้ไป .. ทั้งนี้ นอกจากแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ที่มีแนวโน้มดีแล้ว อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries แสดงให้เห็นถึงอนาคตที่ดีมาพร้อมด้วนเช่นกัน เนื่องจากสามารถชาร์จได้เร็วขึ้น และเก็บประจุได้มากกว่า นานกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่มาก Charging Faster & Holding a Far Greater Charge for Longer than Lithium-Ion Alternatives รวมทั้งมีศักยภาพที่จะเป็นอีกตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับอนาคตระบบจัดเก็บพลังงานหลังยุคของแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium Batteries ได้เป็นอย่างดี ..
คาดการณ์ตลาดแบตเตอรี่อลูมิเนียมทั่วโลก Global Aluminum Battery Market ..
อ้างถึงข้อมูลการสำรวจตลาดของ Research Nester พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดแบตเตอรี่อลูมิเนียมอากาศทั่วโลก Global Aluminum-Air Battery Market มีมูลค่า 11.93 พันล้านเหรียญสหรัฐฯในปี 2567 และคาดว่าจะสูงขึ้นถึง 20.11 พันล้านเหรียญสหรัฐฯภายในปี 2580 ด้วยอัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดแบตเตอรี่อลูมิเนียมอากาศทั่วโลก Global Aluminum-Air Battery Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 4.1% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2568-2580 รวมทั้งคาดหมายว่า ในปี 2568 ขนาดของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่อลูมิเนียมอากาศทั่วโลก Global Industry Size of Aluminum-Air Battery ประเมินไว้ที่ 12.32 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ..
ความต้องการรถยนต์ไฟฟ้าที่เพิ่มสูงขึ้น Rising Demand for Electric Vehicles : EVs ส่งผลกระทบอย่างมากต่อตลาดโดยกระตุ้นความสนใจในโซลูชันข้อไขการจัดเก็บพลังงานทางเลือก Alternative Energy Storage Solutions .. แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries ที่ขึ้นชื่อในเรื่องความหนาแน่นของพลังงานสูง และคุณสมบัติน้ำหนักเบามีข้อดีที่เป็นไปได้สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs เช่น ระยะทางที่ไกลขึ้น และน้ำหนักที่ลดลง เมื่อการนำรถยนต์ไฟฟ้ามาใช้มากขึ้น ความต้องการเทคโนโลยีแบตเตอรี่ขั้นสูงที่มีประสิทธิภาพก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งส่งเสริมให้เกิดนวัตกรรม และการลงทุนในแบตเตอรี่อลูมิเนียมอากาศ Investment in Aluminum-Air Batteries .. แนวโน้มเหล่านี้ เร่งการวิจัย และพัฒนา ซึ่งอาจนำไปสู่การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ และการบูรณาการในตลาดรถยนต์ไฟฟ้าที่กว้างขึ้น จึงช่วยกระตุ้นการเติบโตของตลาดอย่างมีนัยสำคัญสำหรับอนาคตจากนี้ไป ..
สำหรับในประเด็นของอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries นั้น การวิเคราะห์ของ Market Research Future ชี้ว่า ขนาดธุรกิจในตลาดไอออนอลูมิเนียมแบตเตอรี่ทั่วโลก Global Aluminum-Ion Battery Market จะอยู่ที่ 1.0 พันล้านเหรียญสหรัฐฯในปี 2565 และมีมูลค่าอยู่ที่ 1.26 พันล้านเหรียญสหรัฐฯในปี 2566 และคาดว่าจะถึง 10 พันล้านเหรียญสหรัฐฯภายในปี 2575 ด้วยอัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดไอออนอลูมิเนียมแบตเตอรี่ทั่วโลก Global Aluminum-Ion Battery Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 25.92% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2567-2575 ..
ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของยานยนต์ไฟฟ้า Rapid Advancements in Electric Vehicles : EVs, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค Consumer Electronics และระบบจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า Grid Energy Storage กำลังผลักดันให้ความต้องการโซลูชันข้อไขการจัดเก็บพลังงานประสิทธิภาพสูงเพิ่มสูงขึ้น Demand for High-Performance Energy Storage Solutions .. อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries: AIBs กลายเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ โดยมีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครเหนือลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่แบบธรรมดาทั่วไป Conventional Lithium-Ion Batteries ..
ปัจจัยขับเคลื่อนหลักของตลาด ได้แก่ การนำยานยนต์ไฟฟ้ามาใช้มากขึ้น เนื่องจากความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม และแรงจูงใจจากภาครัฐของรัฐบาลในแต่ละประเทศ รวมถึงความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Systems ที่มีน้ำหนักเบา Lightweight, ใช้งานได้ยาวนาน Long-Lasting และคุ้มต้นทุน Cost-Effective สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา Portable Electronics .. การพัฒนาวัสดุแคโทดที่สร้างสรรค์ Innovative Cathode Materials เช่น อะลูมิเนียมออกไซด์ที่เจือปนวาเนเดียม Vanadium-Doped Aluminum Oxides คาดว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่ Enhance Battery Performance และลดต้นทุน Reduce Costs ได้มากขึ้น ..
แนวโน้มล่าสุดบ่งชี้ถึงความต้องการอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs ที่เพิ่มขึ้นในด้านการบินด้วยกำลังไฟฟ้า Electric Aviation ซึ่งความหนาแน่นของกำลังสูง High Power Density และความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรง Ability to Withstand Extreme Temperatures คือข้อได้เปรียบที่สำคัญ .. นอกจากนี้การผนวกอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs เข้ากับไมโครกริด Microgrids และระบบพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Systems ยังเปิดโอกาสในการมีเสถียรภาพของกริด Grid Stability, การลดพีค Peak Shaving และเป็นแหล่งจัดเก็บพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง Storage of Intermittent Energy Sources .. ความพยายามในการวิจัย และพัฒนาอย่างต่อเนื่อง มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพ AIBs, ลดเวลาในการชาร์จ Reducing Charging Times และปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ Improving Overall System Efficiency ..
นอกจากนี้ การใช้งานอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้นสำหรับการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน Increasing Application of Aluminum-Ion Batteries for Renewable Energy Storage เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อการเติบโตของตลาด .. โลก กำลังมุ่งเป้าไปที่การลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล Reducing the Use of Fossil Fuels มากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และลม Solar Power & Wind จะผลักดันตลาดให้เติบโตขึ้นได้ไปพร้อมด้วย .. อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs ที่กล่าวถึงนี้ จะทำหน้าที่จัดเก็บพลังงานหมุนเวียนเหล่านี้ได้เป็นอย่างดี เนื่องจากมีน้ำหนักเบา และมีอายุการใช้งานยาวนาน ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่า ปัจจัยดังกล่าวจะพัฒนาขึ้นในอนาคตอันใกล้จากนี้ไป ..
สรุปส่งท้าย ..
สำหรับชุดแบตเตอรี่ที่ใช้อะลูมิเนียมเป็นฐาน Aluminium : 13Al Based Batteries นั้น มีแบตเตอรี่หลายประเภทที่ใช้อะลูมิเนียม Aluminium : 13Al ได้แก่ อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries, แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air batteries, แบตเตอรี่อะลูมิเนียมกำมะถัน Aluminum-Sulfur Batteries, แบตเตอรี่อะลูมิเนียมคลอรีน Aluminum-Chlorine Batteries และแบตเตอรี่อะลูมิเนียมไอออนกราฟีน Graphene Aluminum-Ion Batteries เป็นต้น ..
ปัจจุบัน อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs หมายถึงแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟฟ้าได้โดยใช้ไอออนอะลูมิเนียมเป็นตัวพาประจุ Aluminum Ions as Charge Carriers ซึ่ง AIBs มีข้อดีหลายประการ ได้แก่ :-
–ต้นทุน Cost : อะลูมิเนียม Aluminum : 13Al มีมากมาย และราคาไม่แพง ..
–ความปลอดภัย Safety : AIBs ไม่ติดไฟ และมีพิษต่ำ ..
–การจัดเก็บพลังงาน Energy Storage : AIBs มีความจุจำเพาะสูง High Specific Capacity และเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ Large-Scale Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่งมาพร้อมด้วย ..
–น้ำหนัก Weight : อะลูมิเนียม Aluminum : 13Al มีน้ำหนักเบา ซึ่งช่วยเพิ่มสมรรถนะ และขยายระยะทางของยานยนต์ไฟฟ้าได้ Extend the Performance & Range of Electric Vehicles : EVs ..
ทั้งนี้ ในกรณีของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries นั้นต่างออกไป พวกมันไม่สามารถชาร์จไฟได้ แต่สร้างกำลังไฟฟ้าจากปฏิกิริยาของอะลูมิเนียม Aluminum : 13Al กับออกซิเจน Oxygen : O2 ในอากาศ แบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Batteries มีความหนาแน่นของพลังงานสูงที่สุดในบรรดาแบตเตอรี่ทั้งหมด Highest Energy Densities of All Batteries ..
เทรเวอร์ แจ็คสัน Trevor Jackson อดีตวิศวกรโรลส์รอยซ์ และเจ้าหน้าที่ในราชนาวีอังกฤษ ผู้ก่อตั้ง Mételectrique บริษัทพัฒนาแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Battery กล่าวว่า “พฤติกรรมของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ และประสิทธิภาพด้านต้นทุน ทำให้พวกมันกลายเป็นทางเลือกราคาถูกเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิล” .. ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา แบตเตอรี่ Al-Air Battery มีระยะการเดินทางใกล้เคียงกับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 1,600 Km/Tank แต่ทำไมเทคโนโลยีนี้จึงเดินหน้าไปอย่างช้ามาก และไม่ค่อยจะได้รับความสนใจจากสาธารณชน ..
อุปสรรคที่ขวางทางการค้านั้นมีมาช้านานแล้ว ซึ่ง 5 ปีก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพ และลดต้นทุนที่สูงสำหรับแคโทด แอโนด อิเล็กโทรไลต์ และส่วนประกอบแบตเตอรี่อื่นๆ ทำให้เทคโนโลยีนี้ดูเหมือนจะไม่เหมาะสำหรับการปรับขนาด และการทำธุรกิจเชิงพาณิชย์ เนื่องจากปัญหาทางเทคนิคบางประเด็น เช่น การกัดกร่อนของแอโนด หรือการอุดตันของรูพรุน เป็นต้น ..
อย่างไรก็ตาม แจ็คสัน Jackson และทีมงานของพวกเขา สามารถจัดการกับปัญหาเหล่านั้นได้ด้วยการพัฒนาระบบอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte System ซึ่งดูเหมือนจะแก้ไขปัญหาหลักสำเร็จได้จริง ‘แบตเตอรี่อะลูมิเนียม Aluminium Batteries ของพวกเขา ได้รับประสิทธิภาพสูงสุดด้วยความหนาแน่นของพลังงาน อยู่ที่ 1,350 KWh/Kg ซึ่งมากกว่าพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries อยู่ที่ประมาณถึง 9 เท่า’ ..
ตามที่แจ็คสัน Jackson กล่าวไว้ว่า คำอธิบายที่ดีที่สุดสำหรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่อะลูมิเนียมอากาศ Aluminum-Air Battery Technology นี้คือ ‘เครื่องยนต์ไฟฟ้า’ ไม่ใช่แบตเตอรี่ หรือเครื่องยนต์ แต่เป็นระบบไฟฟ้าที่เทียบเท่าเครื่องยนต์ใน ‘เครื่องยนต์’ และ ‘เชื้อเพลิง’ คือโลหะอะลูมิเนียม Aluminium : 13Al ที่เป็นแอโนด Anode ซึ่งทำปฏิกิริยากับออกซิเจน Oxygen : O2 ที่เป็นแคโทด Cathode จากอากาศรอบตัวเพื่อสร้างพลังงาน ..
เนื่องจากแคโทดเป็นเพียงออกซิเจนจากอากาศโดยรอบ จึงไม่จำเป็นต้องแบกน้ำหนักของโลหะอื่นเหมือนชุดแบตเตอรี่ทั่วไป ซึ่งจะทำให้เบากว่ามาก “พวกมันเป็นระบบที่ปลอดภัย และอาจดูน่าเบื่อมาก มันส่งพลังงานอย่างเงียบๆ และต่อเนื่องจนกว่าเชื้อเพลิงจะหมด ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่แบบชาร์จล่วงหน้าที่ต้องรับมือกับการสูญเสียแรงดันไฟฟ้า นี่คือเหตุผลว่า ทำไมพวกมันถึงเป็นเหมือนเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงมากกว่าจะเป็นเหมือนแบตเตอรี่” .. พวกเขาได้ทำการทดสอบมาแล้วกว่า 1,500 ไมล์ หรือมากกว่า 2,414 Km ด้วยกำลังขับคงที่ตลอดเวลา และมีค่าใช้จ่ายอยู่ระหว่างเพียง 29-35 ยูโรต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง KWh สำหรับผู้ผลิต และ 0.15 Cents ต่อกิโลเมตร Km สำหรับการขับขี่ ..
นอกจากนั้น ยังมีแบตเตอรี่อะลูมิเนียมกำมะถัน Aluminum-Sulfur Batteries และแบตเตอรี่อะลูมิเนียมคลอรีน Aluminum-Chlorine Batteries ซึ่งพวกมันใช้วัสดุราคาถูก และมีปริมาณมาก กับสามารถเป็นแหล่งสำรองพลังงานหมุนเวียนที่มีต้นทุนต่ำได้เป็นอย่างดี .. ส่วนใหญ่ชุดแบตเตอรี่เหล่านี้ ได้รับการออกแบบมาเพื่อการใช้กิจการทางทหาร และบางครั้งต้องใช้ความร้อนสูงในการทำงานอีกด้วย ..
อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน ชุดแบตเตอรี่ที่ใช้อะลูมิเนียมเป็นฐาน Aluminium : 13Al Based Batteries ที่เป็นกลุ่มของอะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs นั้น ยังคงถือว่าอยู่ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา Early Stages of Development เท่านั้น การศึกษามากมายได้ทดสอบภายใต้เงื่อนไขที่บางครั้งอาจยังไม่สมจริงสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวัน รวมทั้งประสิทธิภาพปัจจุบันของ AIBs ถูกจำกัดด้วยกระบวนการเก็บประจุในขั้วลบกราไฟต์ เพื่อให้บรรลุศักยภาพของ AIBs ได้อย่างเต็มที่ นักวิจัยกำลังมองหาวัสดุขั้วลบใหม่ เช่น ซัลไฟด์ของโลหะ Metal Sulfides และกราฟีน Graphene เป็นต้น ซึ่งจะส่งผลให้อะลูมิเนียมไอออนแบตเตอรี่ Aluminum-Ion Batteries : AIBs มีอนาคตที่สดใสในฐานะเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่ยั่งยืน Sustainable Energy Storage, ราคาไม่แพง Affordable และมีความจุสูง High-Capacity ให้สำเร็จได้ในที่สุดจากนี้ไป ..
…………………………………………………….
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
Aluminium Battery | Wikipedia :-
https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_battery
Aluminum – Air Batteries: A Promising Future for Energy Storage | Anews :-
Aluminum Batteries: Opportunities & Challenges | ScienceDirect :-
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829724003659
Global Aluminum – Air Battery Market :-
Global Aluminum – Ion Battery Market :-
New Battery Technologies That Could Change Everything :-
https://photos.app.goo.gl/fr4TAJbn8HB4tZny8
Iron Air Battery & Other Metal – Air Electrochemical Cell :-
https://photos.app.goo.gl/ckSaAUzetH9EY7Ga6
Aluminum Air Battery | This Battery Could Give EVs Over 1000 Miles of Range :-
