“Calcium : แคลเซียม” วัสดุในชุดแบตเตอรี่จัดเก็บพลังงาน

Calcium : ₂₀Ca as the Material in Battery Storage

“…..แคลเซียม เป็นกลุ่มของธาตุที่มีน้ำหนักมากที่สุด และพบมากเป็นอันดับ 5 ในชั้นเปลือกโลก รวมทั้งเป็นโลหะที่พบมาก เป็นอันดับ 3 รองจากเหล็ก และอะลูมิเนียม …”

แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca คือเคมีธาตุ สัญลักษณ์ Ca และมี Atomic Number เท่ากับ 20 .. แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca เป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท Alkaline Earth Metal สามารถทำปฏิกิริยากับอากาศได้ดี โดยจะสร้างชั้นออกไซด์ไนไตรด์สีเข้ม Dark Oxide-Nitride Layer .. คุณสมบัติทางกายภาพ และเคมีของแคลเซียม Physical & Chemical Properties มีความคล้ายคลึงกับสตรอนเซียม Strontium : ₃₈Sr และแบเรียม Barium : ₅₆Ba .. แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca เป็นกลุ่มของธาตุที่มีน้ำหนักมากที่สุด และพบมากเป็นอันดับ 5 ในชั้นเปลือกโลก รวมทั้งเป็นโลหะที่พบมาก Abundant Metal เป็นอันดับ 3 รองจากเหล็ก Iron : ₂₆Fe และอะลูมิเนียม Aluminium : ₁₃Al ..

สารประกอบแคลเซียม Calcium Compound ที่พบมากที่สุดในโลก คือแคลเซียมคาร์บอเนต Calcium Carbonate : CaCO₃ ซึ่งพบในหินปูน Limestone และซากดึกดำบรรพ์ของสิ่งมีชีวิตในทะเลยุคแรก Fossilized Remnants of Early Sea Life .. นอกจากนี้ ยิปซัม Gypsum : CaSO₄·2H₂O, แอนไฮไดรต์ Anhydrite : CaSO₄, ฟลูออไรต์ Fluorite : CaF₂ และอะพาไทต์ Apatite : Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH) ยังเป็นแหล่งของแคลเซียม Sources of Calcium : ₂₀Ca อีกด้วย .. ทั้งนี้ ชื่อของแคลเซียม Calcium มาจากภาษาละตินว่า Calx ซึ่งแปลว่า “ปูนขาว Lime” ซึ่งได้มาจากการให้ความร้อนกับหินปูน Heating Limestone ..

แบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียมเป็นส่วนประกอบ Calcium-Based Batteries โดยเฉพาะแคลเซียมไอออนแบตเตอรี่ Calcium-Ion Batteries : CIBs กำลังกลายมาเป็นทางเลือกอื่นที่น่าสนใจทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs เนื่องจากมีแคลเซียม Calcium : ₂₀Ca สำรองในธรรมชาติอยู่อย่างมากมาย ต้นทุนต่ำ และมีศักยภาพในการมีความจุสูง ตลอดจนมีประสิทธิภาพที่ปลอดภัยกว่า .. อย่างไรก็ตาม การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปเพื่อแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของแคลเซียม Calcium’s Reactivity และการพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ และอิเล็กโทรดที่เหมาะสม Development of Suitable Electrolytes & Electrodes ..

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมที่น่าสนใจเกี่ยวกับบทบาทของแคลเซียมต่อการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Breakdown of Calcium’s Role in Battery Storage นั้น พบว่า ข้อดีของการใช้แคลเซียมในชุดแบตเตอรี่ Calcium in Batteries ได้แก่ :-

–ความอุดมสมบูรณ์ และต้นทุน Abundance & Cost : แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca มีมากมาย และถูกกว่าลิเธี่ยม Lithium : ₃Li มาก ทำให้แคลเซียมไอออนแบตเตอรี่ Calcium-Ion Batteries : CIBs กำลังจะกลายเป็นตัวเลือกที่มีศักยภาพทางเศรษฐกิจมากกว่า ..

–ความจุทางทฤษฎีสูง High Theoretical Capacity : โลหะแคลเซียม Calcium Metal มีความจุทางทฤษฎีสูงสำหรับการจัดเก็บพลังงาน ซึ่งอาจแซงหน้าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ..

–ความปลอดภัย Safety : การศึกษาวิจัยบางกรณีชี้ให้เห็นได้ว่า แบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียม Calcium-Based Batteries มีความปลอดภัยกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium – Ion Batteries : LIBs โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเสี่ยงจากไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากไม่สามารถสร้างเดนไดรต์ขึ้นได้ Inability to Form Dendrites ..

–การจัดเก็บในระดับกริด Grid – Scale Storage : แคลเซียมแบตเตอรี่ Calcium Batteries มีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานการจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า Grid-Scale Energy Storage Applications ที่ซึ่งน้ำหนักไม่ใช่ปัญหา ..

อย่างไรก็ตาม ยังมีความท้าทาย และพื้นที่วิจัย Challenges & Research Areas ซึ่งจะต้องทำการวิจัย และพัฒนาเพิ่มเติม ได้แก่ :-

–ปฏิกิริยา และชั้นผิว Reactivity & Surface Layers : แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca มีปฏิกิริยาสูง และก่อตัวเป็นชั้นผิวเมื่อสัมผัสกับความชื้น Moisture, ออกซิเจน Oxygen : O₂ หรืออิเล็กโทรไลต์ Electrolytes ทำให้การแพร่กระจายของไอออนแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ Battery Performance ลดลง ..

–การพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Development : การพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ที่เสถียร และเหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่แคลเซียม Development of Stable & Suitable Electrolytes for Calcium Batteries มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเอาชนะปัญหาปฏิกิริยา และทำให้สามารถขนส่งแคลเซียมไอออนได้อย่างมีประสิทธิภาพ Overcoming Reactivity Issues & Enabling Efficient Ca²⁺ Ions Transport ..

–วัสดุขั้วบวก และขั้วลบ Anode and Cathode Materials : การวิจัยยังคงดำเนินต่อไป เพื่อระบุและปรับวัสดุให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเป็นทั้งขั้วบวก และขั้วลบ เพื่อให้มั่นใจว่าจะมีอายุการใช้งานยาวนาน และมีประสิทธิภาพสูง Ensuring Long-Term Cycle Life & High Performance ..

–จลนพลศาสตร์การแพร่กระจาย Diffusion Kinetics : เนื่องจากแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ มีขนาดใหญ่กว่า และมีความหนาแน่นของประจุสูงกว่า Larger Size & Higher Charge Density .. ดังนั้น แคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ จึงมีจลนพลศาสตร์การแพร่กระจาย Diffusion Kinetics ช้ากว่าเมื่อเทียบกับลิเธี่ยมไอออน Lithium Ions : Li⁺ ซึ่งอาจทำให้มีอัตราการชาร์จ และการคายประจุช้าลง Slower Charging & Discharging Rates ..

–ความเสถียรของวงจร Cycling Stability : การประกันความเสถียรของวงจรในระยะยาว Ensuring Long-Term Cycling Stability คือ อีกประเด็นสำคัญของการวิจัยแบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียม Key Area of Research for Calcium-Based Batteries ..

ทั้งนี้ งานวิจัยและการพัฒนาล่าสุด Recent Research and Developments ซึ่งหมายถึงอนาคตของแบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียม Calcium-Based Batteries ได้แก่ :-

–มัลติเคชั่นอิเล็กโทรไลต์ Multi-Cation Electrolytes : นักวิจัยในหลายสำนัก กำลังมุ่งสำรวจมัลติเคชั่นอิเล็กโทรไลต์ Multi-Cation Electrolytes เพื่อลดการละลายของแคลเซียมในอิเล็กโทรไลต์ Suppress Calcium Solubility in the Electrolyte และลดอุณหภูมิในการทำงาน Reduce Operating Temperatures ลงอีก ..

–โลหะผสมในอิเล็กโทรดขั้วลบ Alloyed Negative Electrodes : การผนวกรวมแคลเซียม กับโลหะอื่น Combining Calcium with Other Metals เพื่อสร้างอิเล็กโทรดโลหะผสม Alloy Electrodes คืออีกแนวทางหนึ่งที่มีแนวโน้มดีสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ Improving Battery Performance ..

–วัสดุคาร์บอน Carbon Materials : วัสดุคาร์บอน Carbon Materials ซึ่งรู้จักกันดีในเรื่องการนำไฟฟ้าที่ดี และความเสถียรทางเคมีกำลังถูกสำรวจพัฒนาให้เป็นอิเล็กโทรดในแคลเซียมไอออนแบตเตอรี่ Calcium-Ion Batteries : CIBs ..

–แคลเซียมอากาศแบตเตอรี่ Calcium – Air Batteries : ปัจจุบันกำลังมีการวิจัยเกี่ยวกับแคลเซียมอากาศแบตเตอรี่ Calcium-Air Batteries : CASBs หรือแคลเซียมออกซิเจนแบตเตอรี่ Calcium-Oxygen Batteries ซึ่งมีศักยภาพในการให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าแคลเซียมไอออนแบตเตอรี่ Calcium-Ion Batteries : CIBs แบบดั้งเดิม ..

–แคลเซียมโซลิดสเตตแบตเตอรี่ Solid-State Calcium Batteries : นักวิจัยกำลังพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่ใช้แคลเซียม Solid-State Calcium-Based Batteries ที่มีค่าการนำไฟฟ้าบวกแคลเซียม Calcium : Ca²⁺ Cationic Conductivity สูงเป็นประวัติการณ์ ..

จนถึงปัจจุบัน แคลเซียมอากาศแบตเตอรี่ Calcium-Air Batteries : CASBs ได้รับการคาดหวังว่า กำลังกลายเป็นระบบจัดเก็บพลังงานที่มีแนวโน้มดีเยี่ยมสำหรับอนาคตจากนี้ไป โดยแบตเตอรี่ชนิดนี้ มีความจุในการจัดเก็บพลังงานมากกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ที่มีขั้วบวกกราไฟต์ Graphite Anodes และขั้วลบโลหะออกไซด์ Metal Oxide Cathodes ทั่วไป อยู่ที่ประมาณ 2.5 เท่า .. เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ปฏิกิริยา และขั้นตอนปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วบวก และขั้วลบในแคลเซียมอากาศแบตเตอรี่ Calcium-Air Batteries : CASBs ถูกแบ่งย่อยอย่างละเอียดเป็นครั้งแรก เป็นที่ชัดเจนว่าการออกแบบเซลล์แบบเดิมที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรด 2 ตัว และตัวคั่นที่มีรูพรุน รวมถึงอิเล็กโทรไลต์ตัวเดียวนั้น ไม่สามารถใช้กับ CASBs ได้ ดังนั้นการออกแบบเซลล์แบบไฮบริด Hybrid Cell Design ต้องใช้ห้องปฏิกิริยา Reaction Chambers ที่แตกต่างกัน 2 ห้อง โดยมีแอนอไลต์ Anolyte หมายถึง อิเล็กโทรไลต์ที่ขั้วบวก Electrolyte at the Anode และคาโทไลต์ Catholyte ซึ่งหมายถึงอิเล็กโทรไลต์ที่ขั้วลบ Electrolyte at the Cathode แยกจากกันในชุดแบตเตอรี่เดียวกัน นั่นเอง ..

แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca กำลังกลายเป็นหนึ่งวัสดุหลักในการประกันความมั่นคง และความยั่งยืนของอนาคตแบตเตอรี่ Security & Sustainability of Future Battery Materials ..

แคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ สามารถใช้เป็นเทคโนโลยีทางเลือก Alternative Technology ทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ได้ ซึ่งให้ประโยชน์มากมาย และมีต้นทุนต่ำ .. ศักยภาพของแคลเซียมที่ใช้กับแบตเตอรี่ Potential of Calcium : ₂₀Ca to be Used in Batteries และคุณสมบัติของแคลเซียม Calcium Properties นั้น ถือว่า เหนือชั้นกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับ เช่น ลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs และโซเดียมไอออนแบตเตอรี่ Sodium-Ion Batteries : SIBs เป็นต้น ..

ความกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัย และความยั่งยืนของวัสดุแบตเตอรี่ที่นำมาใช้ Concerns about the Security & Sustainability of Battery Materials เพิ่มมากขึ้น .. การใช้ลิเธี่ยมในระยะยาวในอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน Long-Term Use of Lithium : ₃Li in Energy Storage Devices กำลังตกอยู่ในอันตราย เนื่องจากความกังวลที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับความขาดแคลน Scarcity, ราคาที่แพงเกินไป Excessive Prices และความปลอดภัย Safety .. ด้วยเหตุนี้ โครงการร่วมมือที่เรียกว่า “CaSino” จึงเริ่มขึ้นในเดือนกันยายน 2565 เพื่อสำรวจความเป็นไปได้ของแบตเตอรี่แคลเซียมซัลเฟอร์ Calcium-Sulfur : Ca-S Batteries เพื่อใช้ทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ..

โดยทั่วไป แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries มีประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และความยั่งยืนที่มีแนวโน้มดีเยี่ยม เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่อื่นๆ ที่แพร่หลาย เช่น ลิเธี่ยม Lithium : ₃Li, โซเดียม Sodium : ₁₁Na, แมกนีเซียม Magnesium : ₁₂Mg, อะลูมิเนียม Aluminum : ₁₃Al, โพแทสเซียม Potassium : ₁₉K และสังกะสี Zinc : ₃₀Zn .. ข้อดีเฉพาะของแคลเซียม Calcium : ₂₀Ca ได้แก่ ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น ปริมาณที่มากขึ้น และความเสถียร ซึ่งช่วยเสริมศักยภาพให้แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca กลายเป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่ในอนาคต ..

แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries ถือว่ายังไม่ได้มีการจำหน่ายออกสู่ตลาดในเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะแคลเซียมไอออนแบตเตอรี่ Calcium-Ion Batteries : CIBs แต่สำหรับแคลเซียมอากาศแบตเตอรี่ Calcium-Air Batteries นั้น มีใช้งานอยู่บ้างแล้วบนโครงข่ายระบบสายส่ง Power Grids .. ความพยายามในการพัฒนาแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาวัสดุขั้วบวก และขั้วลบที่มีประสิทธิภาพ Developing Effective Anode & Cathode Materials รวมถึงอิเล็กโทรไลต์ที่เสถียร Stable Electrolytes ..

มีการเน้นอย่างเข้มข้นในการบรรลุเคมีไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ด้วยขั้วบวกโลหะแคลเซียมบริสุทธิ์ Achieving Reliable Electrochemistry with a Pure Calcium Metal Anode ที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน ความจุ และความหนาแน่นของพลังงานสูง .. อย่างไรก็ตาม ขั้วบวกที่ใช้คาร์บอน และโลหะออกไซด์ Carbon & Metal Oxide-Based Anodes แม้จะมีค่าประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า แต่ก็เชื่อถือได้เช่นกัน .. การวิจัยขั้วลบ Cathode Research ยังคงเป็นความพยายามค้นหาจลนพลศาสตร์การเคลื่อนตัวที่สูง High Migration Kinetics ของแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺, ความจุสูง High Capacity รวมถึงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูง High Operative Voltages ไปพร้อมด้วย ..

ในหลายๆ ด้าน ลิเธี่ยม Lithium : ₃Li ซึ่งในอดีตเคยเป็นส่วนประกอบหลักของแบตเตอรี่แบบทั่วไป ถือเป็นองค์ประกอบในอุดมคติสำหรับเซลล์ไฟฟ้าเคมี Ideal Element for an Electrochemical Cells เนื่องจากรวมเอาแรงดันไฟฟ้าเซลล์สูง High Cell Voltage, การเก็บกระแสไฟสูง High Current Storage และการเคลื่อนตัวของไอออนอย่างรวดเร็ว Quick Ion Migration เข้าด้วยกัน .. แบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัด Compact Batteries, การชาร์จ และการปล่อยประจุที่รวดเร็ว Quick Charging & Discharging จึงเป็นไปได้ .. อย่างไรก็ตาม ปัญหาของเดนไดรต์ Dendrites ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้หลังจากการชาร์จซ้ำๆ และในกรณีเลวร้ายที่สุด อาจส่งผลให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายใน ทำให้ระบบที่ใช้ลิเธี่ยม Lithium-Based Systems มีแนวโน้มที่จะติดไฟได้มากขึ้น นอกจากนี้ยังมีแหล่งสำรองลิเธี่ยมที่หายาก และไม่พบในทุกทวีป คือ ประเด็นสำคัญ ดังนั้น การขุดค้นทำเหมืองจึงเป็นเรื่องที่ถกเถียงกัน และการรีไซเคิลลิเธี่ยม Recycling Lithium ก็มีราคาแพงตามไปด้วย ..

ความคล้ายคลึงกันทางเคมีระหว่างลิเธี่ยม Lithium : ₃Li และโซเดียม ₁₁Na ได้เร่งความก้าวหน้าในอุตสาหกรรมโซเดียมไอออนแบตเตอรี่ Sodium-Ion Batteries: SIBs Industry .. อย่างไรก็ตาม การแก้ไขข้อจำกัดในทางปฏิบัติมีความจำเป็นเพื่อให้เทคโนโลยีแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Battery Technology นี้ แข่งขันในด้านประสิทธิภาพได้ ปัญหาที่ใหญ่ที่สุด คือการสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้หลังจากรอบแรก ซึ่งลดความหนาแน่นของพลังงานเซลล์ในทางปฏิบัติลงอย่างมาก Substantially Reduces the Practical Cell Energy Density ..

เนื่องจากเกลือโซเดียม Sodium Salts ละลายได้ดี จึงมีปัญหาความไม่เสถียรของส่วนต่อประสานที่ร้ายแรง Serious Interfacial Instability Problems .. สิ่งนี้ ส่งผลเสียต่ออายุการใช้งานของวงจร Negative Effects on Cycle Life ใน 2 ประเด็น ได้แก่ ประการแรก พวกมันทำให้การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์เร็วขึ้น Accelerate Electrolyte Decomposition ซึ่งทำให้อายุการใช้งานของวงจรลดลง Reduce Cycle Life และประการที่ 2 อาจทำให้สารที่ละลายน้ำได้อพยพไปที่ขั้วบวก Cause Soluble Species to Migrate to the Positive Electrode ซึ่งกระตุ้นให้เซลล์คายประจุเอง Encourage Cell Self-Discharge จนทำให้ประสิทธิภาพการจัดเก็บประจุไฟฟ้าลดลง ..

ขณะที่ แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca เป็นโลหะที่มีประจุหลายค่าเช่นเดียวกับแมกนีเซียม Magnesium : ₁₂Mg, อะลูมิเนียม Aluminum : ₁₃Al และสังกะสี Zinc : ₃₀Zn รวมทั้งพบเจอในธรรมชาติได้บ่อย และมากกว่า 400 เท่า เมื่อเทียบกับลิเธี่ยม Lithium : ₃Li ส่งผลให้มีราคาถูกกว่า .. นอกจากนี้ แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca ยังหาได้ง่าย และกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วโลก .. เช่นเดียวกับลิเธี่ยม Lithium : ₃Li เป็นที่แน่นอนว่า แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca มีความจุในการจัดเก็บขนาดใหญ่ Large Storage Capacity และให้แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟ้า Cell Voltage ที่ปลอดภัยกว่าสำหรับประเด็นไฟฟ้าลัดวงจร Safer for Short Circuits เนื่องจากแคลเซียม Calcium : ₂₀Ca ไม่ทำงานโดยการสร้างเดนไดรต์ Dendrites เหมือนเช่นที่พบในลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ..

ปัญหาใหญ่ที่สุดในการใช้แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca คือ แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca ทำปฏิกิริยาได้ง่าย และสร้างชั้นผิวเมื่อสัมผัสกับความชื้น Moisture, ออกซิเจน Oxygen หรือแม้แต่สารอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ในแบตเตอรี่ .. พื้นผิวที่ถูกออกซิไดซ์ Oxidized Surfaces จะขัดขวางการชาร์จ และการคายประจุอย่างมีประสิทธิภาพโดยขัดขวางการแพร่กระจายของไอออนในภายหลัง ดังนั้นการสร้างสารอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสม Creation of a Suitable Electrolyte จึงมีบทบาทสำคัญ นอกจากนี้การใช้แคโทดกำมะถัน Sulfur Cathode ยังผลิตโพลีซัลไฟด์ Polysulfides ที่ละลายน้ำได้ ซึ่งต้องหลีกเลี่ยง เนื่องจากอาจอุดตันขั้วบวกของ Ca Anode ได้ ..

เนื่องจากแคลเซียม Calcium : ₂₀Ca มีวางจำหน่ายทั่วไป และมีราคาถูก จึงได้มีการศึกษาวิจัยเพื่อนำมาใช้ในชุดแบตเตอรี่ .. อย่างไรก็ตาม จลนพลศาสตร์การแพร่กระจาย Diffusion Kinetics และเสถียรภาพในวงจร Cyclic Stability ถูกขัดขวางโดยขนาดที่ใหญ่กว่า และความหนาแน่นของประจุที่สูงกว่าของแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ เมื่อเทียบกับลิเธี่ยมไอออน Lithium Ions : Li⁺ ..

จากการศึกษาล่าสุดโดย Lakhnot et al. ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Applied Physical Sciences พบว่า โพลีมอร์ฟออร์โธรอมบิก Orthorhombic Polymorphs, โพลีมอร์ฟไตรโกนัล Trigonal Polymorphs และโพลีมอร์ฟเตตระโกนัล Tetragonal Polymorphs ของโมลิบดีนัมวาเนเดียมออกไซด์ Molybdenum Vanadium Oxide : MoVO ถูกใช้เป็นโฮสต์สำหรับแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ เพื่อพัฒนาแบตเตอรี่ไอออนแคลเซียมในน้ำ Aqueous Calcium – Ion Batteries เนื่องจากผลึกเหล่านี้ มักมีอุโมงค์รูปหกเหลี่ยม และเจ็ดเหลี่ยมขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้การแพร่กระจายของแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ ทำได้ง่าย .. ทั้งนี้ MoVO แบบออร์โธรอมบิก Orthorhombic และไตรโกนัล Trigonal จึงมีประสิทธิภาพดีกว่าแบบเตตระโกนัล Tetragonal Polymorphs ..

จากการศึกษานี้ สังเกตว่า Trigonal MoVO แบบไตรโกนัล สามารถเข้าถึงความจุเฉพาะที่ 203 mAh g^-1 ที่อุณหภูมิ 0.2^oC และ 60 mAh g^-1 ที่อุณหภูมิ 20^oC ซึ่งเร็วกว่าถึง 100 เท่า .. โพลีมอร์ฟออร์โธรอมบิก และไตรโกนัล Orthorhombic & Trigonal Polymorphs ของโครงสร้างอุโมงค์เปิด Open-Tunnel Structure ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของวงจร และการกลับคืนสภาพได้มากขึ้น .. นอกจากนั้น ยังพบอีกด้วยว่า Molybdenum Vanadium Oxide : MoVO มีประสิทธิภาพในการกักเก็บแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ ที่ดีที่สุดเท่าที่มีการบันทึกมาจนถึงปัจจุบัน ..

นักวิจัย ระบุว่า เนื่องจากแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ มีขนาดใหญ่กว่า และมีความหนาแน่นของประจุสูงกว่าลิเธี่ยมไอออน Lithium Ions : Li⁺ หมายถึง การแทรกแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺  เข้าไปในวัสดุอิเล็กโทรด Electrode Materials จึงทำได้ยาก โดยนักวิจัย เสนอโครงสร้างออกไซด์ Oxide Structures ที่มีช่องว่างเปิดขนาดใหญ่ที่มีช่องเจ็ดเหลี่ยม และหกเหลี่ยม เป็นแนวทางแก้ไขปัญหา ซึ่งเชื่อได้ว่า สิ่งเหล่านี้ จะสร้างโอกาสให้กับแคลเซียมไอออนแบตเตอรี่ Calcium-Ion Batteries : CIBs ที่มีประสิทธิภาพสูง และอาจเป็นทางเลือกทดแทนแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium Batteries ที่ใช้งานได้จริง และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้เป็นอย่างดีสำหรับอนาคตจากนี้ไป ..

แบตเตอรี่โลหะอากาศที่มีแคลเซียมเป็นฐาน Calcium-Based Metal-Air Batteries แหล่งกักเก็บพลังงานทางเลือก Alternative Energy Storage ล่าสุด ..

แบตเตอรี่โลหะอากาศที่มีแคลเซียมเป็นฐาน Calcium-Based Metal-Air Batteries เช่น แคลเซียม-ออกซิเจน Calcium-Oxygen หรือแคลเซียม-คลอรีน Calcium-Chlorine กำลังกลายมาเป็นโซลูชันข้อไขการจัดเก็บพลังงานที่มีศักยภาพ โดยมีข้อดีหลายประการ เช่น ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่า Higher Energy Density และต้นทุนที่ต่ำกว่า Lower Cost เมื่อเปรียบเทียบกับลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs แต่ก็ต้องเผชิญกับความท้าทายในด้านเคมีของแคโทด Cathode Chemistry และความเสถียรของวงจร Cycling Stability มาพร้อมด้วย ..

แบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Batteries : CASBs กำลังกลายเป็นระบบจัดเก็บพลังงานที่มีแนวโน้มที่ดี โดยสามารถกจัดเก็บพลังงานได้มากกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ที่มีขั้วบวกกราไฟต์ Graphite Anodes และขั้วลบโลหะออกไซด์ Metal Oxide Cathodes ทั่วไป อยู่ที่ประมาณ 2.5 เท่า ..

ระบบที่กล่าวถึงในโครงการวิจัย CaSaBatt ล่าสุด พบว่า แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries คือระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ที่คุ้มต้นทุนมาก และเหมาะกับการใช้งานการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่อีกด้วย .. ด้วยความช่วยเหลือของพันธมิตรทางอุตสาหกรรม อิเล็กโทรไลต์ Electrolytes จะถูกเลือกในลักษณะที่สามารถผลิตได้ในต้นทุนต่ำ และอาจเหมาะสำหรับการยกระดับไปสู่การผลิตในระดับที่ใหญ่กว่า Suitable for Upscaling to Larger Scale Production เนื่องจากลักษณะพื้นฐานของโครงการนี้ มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อการวิจัยก่อนการลงแข่งขันในตลาดระบบพลังงานทางเลือก alternative energy systems ในเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะบนโครงข่ายระบบสายส่ง Power Grids ที่ไม่ใส่ใจเรื่องน้ำหนักของระบบ ..

พื้นฐานสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้รุ่นต่อไป Next Generation of Batteries สำหรับตลาดผู้บริโภค และในสาขาการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ต้นทุนต่ำที่อธิบายไว้ในโครงการ CaSaBatt มุ่งเน้นไปที่วัสดุอย่างชัดเจน โดยมีลักษณะการวิจัยสำหรับภาคอุตสาหกรรม ซึ่งแนวทางใหม่ที่มีแนวโน้มดีสำหรับ แบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Batteries : CASBs แบบชาร์จไฟได้รุ่นแรกนั้น ปัจจุบัน ถือว่าได้รับการพัฒนาอย่างสมบูรณ์แบบในระดับห้องปฏิบัติการ Developed on a Laboratory Scale เป็นที่เรียบร้อยแล้ว ..

โครงการ “CaSaBatt” ที่กล่าวถึงนี้ ประสบความสำเร็จ และกำลังจะสิ้นสุดลงในสิงหาคม ปี 2568 นี้ โดยได้รับทุนเงินภาครัฐจากกระทรวงศึกษาธิการ และการวิจัยแห่งสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี German Federal Ministry of Education and Research : BMBF เป็นจำนวนเงินรวมประมาณ 1.37 ล้านยูโร .. นอกจาก TU Braunschweig แล้ว พันธมิตรของโครงการยังได้แก่ มหาวิทยาลัย Münster, ศูนย์วิจัยพลังงานแสงอาทิตย์ และไฮโดรเจน Hydrogen Research Bade-Württemberg : Ulm, สถาบันเทคโนโลยีการผลิต และการวิจัยวัสดุประยุกต์ Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology & Applied Materials Research : IFAM Bremen และบริษัท IoLiTec Ionic Liquids Technologies GmbH .. ทั้งนี้ เพื่อนำผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Batteries : CASBs เข้าสู่ตลาดระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ในยุโรป ภายในต้นปี 2569 เป็นต้นไป ..

เป็นที่ชัดแจ้งว่า การปกป้องสภาพอากาศ Climate Protection และการจัดหาพลังงาน Energy Supply คือปัจจัยสำคัญสำหรับการพัฒนาที่ยั่งยืน Sustainable Development ของประเทศเยอรมัน Germany ในฐานะที่ตั้งทางธุรกิจ และเทคโนโลยีที่โดดเด่นของประชาคมโลก .. ในระยะยาว In Long Term ต้องหลีกเลี่ยงการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในการจัดหาพลังงานเป็นส่วนใหญ่ Use of Fossil Fuels in the Energy Supply Must Be Largely Avoided เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการปกป้องสภาพอากาศ Achieve Climate Protection Goals ..

แบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง High Energy Density และความเสถียรของรอบการชาร์จ และคายประจุที่เพียงพอ Sufficient Charge & Discharge Cycle Stability เป็นที่ต้องการ และมีความจำเป็นต่อการรับมือต่อความท้าทายของการเปลี่ยนผ่านพลังงาน Challenges of the Energy Transition ของทุกประเทศทั่วโลก ซึ่งคาดหมายได้ว่า แบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียมเป็นส่วนประกอบ Calcium-Based Batteries นั้น กำลังจะกลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือสำคัญเพื่อการนี้ได้อย่างแน่นอน ไม่มีข้อสงสัย ..

คาดการณ์ตลาดแบตเตอรี่แคลเซียมทั่วโลก Global Calcium Battery Market ..

ปัจจุบันถือว่า แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้งานเชิงพาณิชย์ในระดับโลกมากนัก อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries หลากหลายรูปแบบ กำลังถูกพัฒนาให้เป็นทางเลือกทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ในประเด็นที่ยั่งยืนกว่าด้วยเหตุผลที่อธิบายได้ เช่น ความอุดมสมบูรณ์ในธรรมชาติ เนื่องจากแคลเซียม Calcium : ₂₀Ca มีมากกว่าลิเธี่ยม Lithium : ₃Li โคบอลต์ Cobalt : ₂₇Co และนิกเกิล Nickel : ₂₈Ni, ต้นทุนแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries ที่มีราคาถูกกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs ในกระบวนการผลิต และเชื่อได้ว่า แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries มีความยั่งยืนกว่าลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs เนื่องจากต้องใช้ทรัพยากรในการผลิตน้อยกว่า เป็นต้น ..

ดังนั้น เพื่อนำแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries เข้าสู่ตลาด และการใช้งานเชิงพาณิชย์ในระดับโลก Commercialized on a Global Scale นั้น การพัฒนาวัสดุขั้วบวก และขั้วลบที่มีประสิทธิภาพ Developing Effective Anode & Cathode Materials, การพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ที่เสถียร Developing Stable Electrolytes และการค้นหาอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสม Suitable Electrolyte ซึ่งช่วยให้ชาร์จ และคายประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพ คือความท้าทายสำหรับอนาคตจากนี้ไป ..

สำหรับความก้าวหน้าล่าสุดนั้น ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัย Fudan ในประเทศจีน ได้พัฒนาแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่ใช้แคลเซียมซึ่งสามารถชาร์จ และปล่อยประจุได้เต็ม 700 ครั้ง ที่อุณหภูมิห้อง โดยทีมงานยังได้นำอุปกรณ์แคลเซียมออกซิเจน Calcium-Oxygen Device ของพวกเขาไปใช้กับเส้นใย Fibers เพื่อสร้าง ‘แบตเตอรี่สิ่งทอแบบยืดหยุ่น Flexible Textile Batteries’ ที่สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับสมาร์ทโฟน Smartphone ได้ ส่งผลให้แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries เปิดพื้นที่โอกาสใหม่ๆ ให้กับการพัฒนาระบบอิเล็กทรอนิกส์พกพาขั้นสูง Advanced Portable Electronic Systems ในตลาด .. คาดหมายได้ว่า แบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียมเป็นส่วนประกอบ Calcium-Based Batteries ได้กลายเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มดีทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Alternative to Lithium-Ion Batteries แม้ว่าปัจจุบันจะยังไม่แพร่หลายในเชิงพาณิชย์มากนักก็ตาม ..

Toyota Motor Europe เป็นอีกบริษัทฯ หนึ่งที่มีผลงานโดดเด่น และร่วมจับมือเป็นพันธมิตรในการวิจัยแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries กับจีน และสถาบันวิจัยหลายแห่งในยุโรปมาพร้อมด้วย ขณะที่สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ International Energy Agency : IEA ชี้ว่า การขาดแคลนลิเธี่ยม Lithium : ₃Li Shortages กำลังจะเริ่มขึ้นแล้วภายในปีหน้า รวมทั้งเนื่องจากความต้องการรถยนต์ไฟฟ้าที่พุ่งสูงขึ้น Demand for EVs Surges ซึ่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นที่ขาดไม่ได้ของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทางเลือก Alternative Battery Technologies ..

อ้างถึงข้อมูลการสำรวจตลาดของ Stratistics MRC พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดแบตเตอรี่แคลเซียมอากาศทั่วโลก Global Calcium-Air Battery Market มีมูลค่า 681.8 ล้านเหรียญสหรัฐฯในปี 2567 และคาดว่าจะเติบโตถึง 1,704.7 ล้านเหรียญสหรัฐฯในปี 2573 ด้วยอัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR  หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดแบตเตอรี่แคลเซียมอากาศทั่วโลก Global Calcium-Air Battery Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 16.5% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2568-2573 ..

แบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Batteries คืออุปกรณ์จัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี Electrochemical Energy Storage Device ชนิดหนึ่งที่ใช้แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca เป็นขั้วบวก Anode และออกซิเจนจากอากาศ Oxygen : O₂ from the Air เป็นขั้วลบ Cathode .. เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่สร้างสรรค์นี้ มีความหนาแน่นของพลังงานสูง High Energy Density และมีข้อได้เปรียบที่เป็นไปได้เหนือชั้นกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนแบบเดิม Traditional Lithium-Ion Batteries เช่น ต้นทุนวัสดุที่ต่ำกว่า Lower Material Costs และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ลดลง Reduced Environmental Impact ..

ในระหว่างการทำงาน แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน Oxygen : O₂ ทำให้เกิดกำลังไฟฟ้า ในขณะที่สร้างแคลเซียมออกไซด์ Calcium Oxide : CaO .. แบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Batteries ถือเป็นโซลูชันข้อไขที่มีแนวโน้มดีสำหรับการใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs และระบบจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Storage เนื่องจากสามารถให้พลังงานได้ยาวนานขึ้น Longer-Lasting Power และทำขึ้นจากวัสดุที่มีสำรองในธรรมชาติจำนวนมาก จึงทำให้แบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Batteries กลายเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนในตลาดพลังงาน Sustainable Alternative in the Energy Market จากนี้ไป ..

ทั้งนี้ นอกจากแบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Batteries ในตลาดแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Battery Market แล้ว แบตเตอรี่แคลเซียมตะกั่ว Lead Calcium Batteries คือ แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries อีกประเภทในตลาด โดยอ้างถึงข้อมูลการสำรวจตลาดของ Dataintelo Consulting Pvt Ltd พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดแบตเตอรี่แคลเซียมตะกั่วทั่วโลก Global Lead Calcium Battery Market มีมูลค่าประมาณ 8.5 พันล้านเหรียญสหรัฐฯในปี 2566 และคาดว่าจะพุ่งสูงขึ้นแตะระดับ 12.6 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2575 ด้วยอัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR  หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดแบตเตอรี่แคลเซียมตะกั่วทั่วโลก Global Lead Calcium Battery Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 4.5% ในช่วงระยะเวลาที่คาดการณ์ ปี 2567-2575 .. การเติบโตของตลาดแบตเตอรี่แคลเซียมตะกั่วส่วนใหญ่ ขับเคลื่อนโดยความต้องการโซลูชันการจัดเก็บพลังงานที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันพลังงานหมุนเวียน และความต้องการแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้ที่เพิ่มขึ้นในภาคส่วนต่างๆ เช่นเดียวกับตลาดแบตเตอรี่แคลเซียมอากาศ Calcium-Air Battery Market ..

คาดหมายได้ว่า ตลาดแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Battery Market กำลังเติบโต โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมยานยนต์ Automotive Industry เนื่องจากไม่ต้องบำรุงรักษามาก Low Maintenance และสามารถรองรับความต้องการพลังงานที่สูงขึ้น และสภาวะที่รุนแรงได้ Ability to Handle Higher Power Demands & Extreme Conditions นอกจากนี้ ยังมีการศึกษาวิจัยแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries เพื่อเป็นทางเลือกแทนที่ลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs เนื่องจากมีศักยภาพด้านความจุที่สูงกว่า Higher Capacity Potential ..

ภาพรวมในตลาดนั้น แบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries มีแนวโน้มที่ดีในฐานะทางเลือกที่ยั่งยืน และคุ้มทุน Sustainable & Cost-Effective แทนที่ลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs แต่การเอาชนะความท้าทายในปัจจุบัน ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย .. การวิจัย และพัฒนาอย่างต่อเนื่องในด้านต่างๆ เช่น การกลับคืนสภาพของขั้วไฟฟ้าแคโทด Cathode Reversibility, เสถียรภาพของอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Stability และวัสดุอิเล็กโทรด Electrode Materials จะมีความสำคัญต่ออนาคตของเทคโนโลยีนี้ ..

สรุปส่งท้าย ..

แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca คือโลหะอัลคาไลน์ Alkaline Metal ที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะวัสดุที่มีศักยภาพสำหรับการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Potential Material for Battery Storage เนื่องจากมีปริมาณมาก Abundance, ต้นทุนต่ำ Low Cost และความจุทางทฤษฎีสูง High Theoretical Capacity ทำให้แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca เป็นทางเลือกที่น่าสนใจทดแทนลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium-Ion Batteries : LIBs สำหรับการใช้งาน เช่น การจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดกำลังไฟฟ้า Grid-Scale Energy Storage เป็นต้น ..

อย่างไรก็ตาม แม้จะยังไม่แพร่หลายมากนัก แต่แบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียมเป็นส่วนประกอบ Calcium-Based Batteries ก็ถูกนำไปใช้งานเฉพาะในตลาดหลายรูปแบบแล้ว ได้แก่ การจัดเก็บพลังงานในระดับโครงข่ายกริดไฟฟ้า Grid-Scale Energy Storage โดยเฉพาะกำลังมีการศึกษาแบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียม Calcium-Based Batteries สำหรับการใช้งานการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ Large-Scale Energy Storage Applications เช่น การจัดเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน Storing Energy from Renewable Sources เป็นต้น ..

นอกจากนี้ การใช้งานแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries บนยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles: EVs

ซึ่งแม้ว่าแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries อาจไม่เหมาะสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า EVs เนื่องจากข้อจำกัดด้านน้ำหนัก และความหนาแน่นของพลังงาน แต่แบตเตอรี่เหล่านี้ อาจมีบทบาทในการจัดเก็บพลังงานแบบคงที่สำหรับโครงสร้างพื้นฐานการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า Stationary Energy Storage for EV Charging Infrastructure ..

ทั้งนี้ สำหรับการใช้งานอื่นๆ นั้น มีการศึกษาแบตเตอรี่แคลเซียม Calcium Batteries สำหรับใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา Use in Portable Electronics, อุปกรณ์เครื่องมือทางอุตสาหกรรม Industrial Equipment และการใช้งานอื่นๆ ที่ต้นทุน และความปลอดภัยเป็นปัจจัยสำคัญ ..

ตัวอย่างการวิจัยแบตเตอรี่ที่ใช้แคลเซียมเป็นส่วนประกอบ Calcium-Based Batteries นั้น นักวิจัยกำลังสำรวจการใช้สารอิเล็กโทรไลต์ไบนารีที่มีไอออนหลายตัว Multi-Cation Binary Electrolytes และอิเล็กโทรดลบโลหะผสม Alloyed Negative Electrodes เพื่อลดการละลายของแคลเซียม Suppress Calcium Solubility และลดอุณหภูมิในการทำงานลงอีก .. นอกจากนี้ยังมีการวิจัย และพัฒนาวัสดุแคโทด Cathode Materials, วัสดุแอโนด Anode Materials และวิศวกรรมอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Engineering อย่างมุ่งมั่นมาพร้อมด้วย ได้แก่ วัสดุแคโทดชนิดใหม่ที่มีความจุสูง New Cathode Materials with High Capacity และเสถียรภาพของวงจรที่ดี Good Cycling Stability เช่น โครงฟลูออไรด์ Fluoride Frameworks และผลึกอินทรีย์ Organic Crystals รวมถึงคาร์บอนที่ถูกกระตุ้น และวัสดุอินทรีย์ Activated Carbon & Organic Materials เพื่อปรับปรุงการจัดเก็บ และการแพร่กระจายของแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ Storage & Diffusion .. ทั้งนี้ในส่วนของวิศวกรรมอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Engineering นั้น สถาบันวิจัยหลายแห่ง กำลังดำเนินการเพื่อพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ที่สามารถอำนวยความสะดวกในการขนส่งแคลเซียมไอออน Calcium Ions : Ca²⁺ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ ..

ในภาพรวมโดยสรุปนั้น แคลเซียม Calcium : ₂₀Ca คือวัสดุที่น่าสนใจสำหรับอิเล็กโทรดขั้วลบ Attractive Material for the Negative Electrode ในแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ Rechargeable Batteries เนื่องจากมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี้ต่ำ Low Electronegativity, แรงดันไฟฟ้าเซลล์สูง High Cell Voltage, Double Valence, ความอุดมสมบูรณ์บนเปลือกโลก Earth Abundance และต้นทุนต่ำ Low Cost ..

อย่างไรก็ตาม การใช้แคลเซียม Use of Calcium : ₂₀Ca มักหลุดลอยไปจากนักวิจัยเนื่องจากอุณหภูมิการหลอมเหลวที่สูง High Melting Temperature, ปฏิกิริยาสูง High Reactivity และความสามารถในการละลายที่สูงในเกลือหลอมเหลวซึ่งไม่พึงประสงค์ Unfavorably High Solubility in Molten Salts .. จนถึงปัจจุบัน แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่ใช้แคลเซียมโลหะ Calcium-Metal-Based Rechargeable Batteries มีอายุการใช้งานยาวนาน Long-Cycle-Life สำหรับการจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า Grid-Scale Energy Storage .. การใช้สารอิเล็กโทรไลต์ไบนารีที่มีไอออนบวกหลายตัว Multi-Cation Binary Electrolyte ร่วมกับอิเล็กโทรดขั้วลบที่เป็นโลหะผสม Alloyed Negative Electrode จะทำให้ความสามารถในการละลายของแคลเซียมในสารอิเล็กโทรไลต์ Calcium Solubility in the Electrolyte ลดลง และอุณหภูมิในการทำงานจะลดลงไปพร้อมด้วย ..

กลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบทางเคมีเหล่านี้ ยังทำให้ธาตุอื่นเข้ามาเกี่ยวข้องในปฏิกิริยาการเก็บพลังงาน ส่งผลให้ได้มาซึ่งแบตเตอรี่มีธาตุหลายตัว Multi-Element Batteries .. ผลลัพธ์เบื้องต้นเหล่านี้ แสดงให้เห็นว่าผลกระทบร่วมกันของการใช้กลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบทางเคมีหลายตัว Multiple Chemical Mitigation Strategies ร่วมกับการผ่อนปรนข้อกำหนดของไอออนเคลื่อนที่ตัวเดียว Relaxation of the Requirement of a Single Itinerant Ions สามารถปลดล็อคเคมีที่มีแคลเซียมเป็นส่วนประกอบ Calcium-Based Chemistries และสร้างระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นได้เป็นอย่างดีสำหรับอนาคตจากนี้ไป ..

……………………………………..

คอลัมน์ : Energy Key

By โลกสีฟ้า ..

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

Calcium as a Battery Material | AZOM :-

https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=22271

3 Calcium Batteries That Could Be Game Changers | Medium :-

https://medium.com/@ian.hosein/3-calcium-batteries-that-could-be-game-changers-9ae8c7edc440

How do Liquid Metal Batteries Fit in EV & BESS Designs? | Battery Power Tips :-

How do liquid metal batteries fit in EV and BESS designs?

https://www.batterypowertips.com/how-do-liquid-metal-batteries-fit-in-ev-and-bess-designs/embed/#?secret=FLsGa2tY4J#?secret=y0eHjEfr6t

Lead Calcium Battery Market Outlook | Dataintelo :-

https://dataintelo.com/report/lead-calcium-battery-market

Calcium – Air Battery Market Forecasts to 2030 | Gii Research :-

https://www.giiresearch.com/report/smrc1569878-calcium-air-battery-market-forecasts-global.html

Iron Air Battery & Other Metal – Air Electrochemical Cell :-

https://photos.app.goo.gl/ckSaAUzetH9EY7Ga6

Liquid Metal Batteries : The Long – Duration Energy Storage :-

https://photos.app.goo.gl/wXkAVeD8mqYobGh79

New Battery Technologies That Could Change Everything :-

https://photos.app.goo.gl/fr4TAJbn8HB4tZny8