New NaS Battery is Cheaper than Lithium-Ion with 4 Times the Capacity
“…แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur : NaS Batteries ชนิดใหม่ มีราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries ด้วยปริมาณความจุมากกว่า 4 เท่า สามารถช่วยแก้ปัญหาการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Storage ที่ผันแปรในอนาคตได้ ..”
ข้อไข และคำตอบสำหรับการจัดเก็บพลังงานที่เป็นพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Storage ด้วยการใช้วัสดุสำหรับการผลิตจากทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่มากมาย เช่น โซเดียม Sodium เพื่อทดแทนลิเธี่ยม Lithium : 3Li ราคาแพงที่มีอยู่อย่างจำกัดนั้น พบว่า โซเดียม Sodium : 11Na มีศักยภาพในการประกันความมั่นคงทางพลังงาน Energy Security ที่มากขึ้นได้จากนี้ไป ..
แบตเตอรี่ต้นทุนต่ำชนิดใหม่ New Type of Low-Cost Batteries ได้รับการพิสูจน์แล้วว่า สามารถจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Storage ไว้ได้อย่างยอดเยี่ยม และปลอดภัย ทำให้มั่นใจได้ว่า พวกมัน คือ วิธีการที่ดีกว่าในการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม Solar & Wind Energy ไว้ใช้ในยามที่ดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสง และลมไม่พัด ..
ความท้าทายสำคัญ ได้แก่ การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ Carbo Dioxide : CO2 ทั่วโลกมากถึง 30% เกิดจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน Coal-Fired Power Plants และการลดการปล่อยคาร์บอน Decarbonizing บนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า Electric Grid นั้น คือ ส่วนสำคัญในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ Combating Climate Change ..
ทั้งนี้ เราสามารถเร่งการปรับเปลี่ยนไปใช้โครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้าที่สะอาด Transition to a Clean Electric Grid ได้ด้วยการจัดเก็บพลังงานส่วนเกินไว้ในชุดแบตเตอรี่ Battery Packs แต่แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Batteries นั้น มีราคาแพงมากเกินไป .. ดังนั้น คำตอบสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Battery Energy Storage System : BESS ในอนาคต จึงอยู่ที่การเลือกใช้วัตถุดิบที่เป็นวัสดุจากทรัพยากรธรรมชาติซึ่งมีอยู่บนโลกใบนี้อย่างมากมาย และราคาถูกกว่ามาก เพื่อนำมาใช้ประกอบผลิตเป็นชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีประเภทต่างๆ เช่น โซเดียม Sodium : 11Na และซัลเฟอร์ Sulfur : 16S เพื่อให้มั่นใจว่าความมั่นคงทางพลังงานยังคงได้รับการประกันอยู่ต่อไป ..
แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ที่อุณหภูมิห้อง Room-Temperature Sodium-Sulfur : RT Na-S Batteries คือ หนึ่งในทางเลือกที่น่าสนใจอย่างยิ่ง สำหรับการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Storage .. พวกมันอาศัยปฏิกิริยาเคมีระหว่างแคโทดกำมะถัน Sulfur Cathode และโซเดียมแอโนด Sodium Anode เพื่อจัดเก็บ และส่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า โดยใช้วัสดุต้นทุนต่ำซึ่งสามารถจัดหาได้ง่ายจากน้ำเกลือ Saltwater หรือน้ำทะเล Sea Water เป็นต้น ..
Shenlong Zhao นักวิจัยด้านระบบจัดเก็บพลังงานแห่งมหาวิทยาลัยซิดนีย์ Energy Storage Researcher at the University of Sydney กล่าวว่า ‘โซลูชัน และข้อไขระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ที่ผลิตขึ้นโดยใช้ทรัพยากรที่มีอยู่อย่างมากมาย เช่น โซเดียม Sodium : 11Na และซัลเฟอร์ Sulfur : 16S จะนำไปสู่ความมั่นคงทางพลังงานในวงกว้างขึ้นอีก และช่วยให้ประเทศต่าง ๆ เข้าร่วมการเปลี่ยนแปลงไปสู่การลดการปล่อยคาร์บอน Decarbonizing ของสังคมมนุษยชาติได้มากขึ้นไปพร้อมด้วย’ ..
แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries ชนิดใหม่ ประสิทธิภาพการชาร์จ/คายประจุสูง ความหนาแน่นของพลังงาน 5 เท่าของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว Lead-Acid Batteries ..
โดยทั่วไปในอดีตนั้น แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries คือ แบตเตอรี่เกลือหลอมเหลวชนิดหนึ่ง Type of Molten-Salt Battery ที่สร้างจากโซเดียมเหลว Liquid Sodium: Na และกำมะถันเหลว Sulfur : S .. แบตเตอรี่รูปแบบ NaS Batteries ชนิดนี้ ถือว่ามีความหนาแน่นของพลังงานสูง High Energy Density ซึ่งมีค่าประมาณ 5 เท่าของแบตเตอรี่กรดตะกั่ว Lead-Acid Batteries .. ประสิทธิภาพการชาร์จ/คายประจุสูง และประดิษฐ์ขึ้นจากวัสดุราคาไม่แพง และไม่เป็นพิษ อุณหภูมิในการทำงานสูง ระหว่าง 300-350°C ..
ทั้งนี้ ด้วยคุณลักษณะที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และปฏิกิริยาเคมีความไวสูงของโซเดียม Sodium : Na และโซเดียมโพลีซัลไฟด์ Sodium Polysulfide : Na2SX เป็นเหตุผลว่า ทำไมแบตเตอรี่เหล่านี้ จนถึงปัจจุบันจึงถูกพิจารณาให้ใช้งานสำหรับการจัดเก็บพลังงานเฉพาะแบบอยู่กับที่เป็นหลัก Stationary Energy Storage Applications แทนที่จะใช้กับรถยนต์ หรือยานพาหนะขนส่งอื่น ๆ .. เซลล์แบตเตอรี่ Battery Cells จะประหยัดมากขึ้นอีกเมื่อมีขนาดเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปแล้วเซลล์ที่มีจำหน่ายอยู่ทั่วไปในตลาด จะมีขนาดใหญ่ และมีความจุสูงสุด 500 Ah นี่เป็นเพราะกฎของ Square-Cube ซึ่งเซลล์ขนาดใหญ่มีการสูญเสียความร้อนสัมพัทธ์น้อยกว่า ดังนั้นการรักษาอุณหภูมิในการทำงานให้สูงจึงทำได้ง่ายกว่า ..
แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์หลอมเหลว Molten Sodium-Sulfur Batteries แม้ว่าจะมีต้นทุนทุนต่ำ แต่ก็ยังคงประสบปัญหาด้านความปลอดภัย และความทนทาน อายุการใช้งาน โดยเฉลี่ยต่ำกว่า 1,000 รอบ และยังไม่ประสบความสำเร็จในการใช้งานเชิงพาณิชย์มากนัก .. ชุดแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์หลอมเหลว ที่ใช้เบต้าอลูมินา Beta-Alumina Electrolyte : NiCl2+AlCl3 หรือที่รู้จักในชื่อ ZEBRA Battery ได้รับความสนใจในเชิงพาณิชย์มากกว่าในอดีต ..
อย่างไรก็ตาม ในปี 2023 ไม่มีผู้ผลิตแบตเตอรี่ ZEBRA ในเชิงพาณิชย์ ในขณะที่ NGK ของญี่ปุ่น นอกจากจะผลิต และจำหน่ายแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์หลอมเหลว Molten Sodium-Sulfur Batteries บนโครงข่ายระบบสายส่งแล้ว ยังเตรียมบุกตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ BESS บนยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs ด้วยแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์โซลิดสเตต Sodium-Sulfur Solid – State Batteries รุ่นล่าสุดอีกไปพร้อมด้วย คาดหมายว่า แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries จะเข้ามาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium Ion Batteries ได้อย่างแน่นอนในอนาคตอันใกล้นี้ ..
แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ที่อุณหภูมิห้อง Room Temperature Sodium-Sulfur Batteries เริ่มเป็นที่รู้จักกันมากขึ้นแล้ว พวกมันไม่ใช้โซเดียมหลอมเหลว Molten Sodium ไม่ใช้กำมะถันหลอมเหลว Molten Sulfur หรืออิเล็กโทรไลต์เบตาอลูมินา Beta-Alumina Electrolyte .. พวกมัน ทำงานบนหลักการที่แตกต่างกัน และเผชิญกับความท้าทายที่แตกต่างจากแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ที่หลอมละลายในอุณหภูมิสูง High-Temperature Molten Na-S Batteries ..
ปัจจุบัน ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ NaS Batteries ของบริษัท NGK ประเทศญี่ปุ่นในตลาด และแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ NaS Batteries ทั่วไป เป็นต้นนั้น มีเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์แข็ง Solid Electrolyte อยู่ระหว่างแอโนด Anode และแคโทด Cathode เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่โลหะเหลว Liquid-Metal Batteries ที่แอโนด Anode แคโทด Cathode และเมมเบรน Membrane เป็นของเหลว ..
เซลล์แบตเตอรี่ Battery Cells มักจะทำขึ้นในรูปทรงกระบอก Cylindrical Configuration .. เซลล์ทั้งหมดถูกปิดล้อมด้วยโครงเหล็กที่ป้องกันการกัดกร่อนจากภายใน ซึ่งโดยปกติจะเป็นโครเมียม Chromium : 24Cr และโมลิบดีนัม Molybdenum : 42Mo .. ภาชนะภายนอกนี้จะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก Positive Electrode ในขณะที่โซเดียมเหลวทำหน้าที่เป็นขั้วลบ Negative Electrode .. ภาชนะปิดสนิทที่ด้านบนด้วยฝาอลูมินา Alumina Lid ส่วนสำคัญของเซลล์ คือ การมีอยู่ของเมมเบรน BASE : Beta-Alumina Solid Electrolyte ซึ่งทำหน้าที่เหนี่ยวนำโซเดียมประจุบวก Na+ ในการใช้งานเชิงพาณิชย์ เซลล์จะถูกจัดเรียงเป็นบล็อก เพื่อการรักษาความร้อนที่ดีขึ้น และถูกห่อหุ้มในกล่องฉนวนสุญญากาศ ..
ในการทำงานของแบตเตอรี่โลหะเหลว Liquid-Metal Batteries นั้น แบตเตอรี่ทั้งหมดต้องได้รับความร้อนสูง หรืออาจสูงกว่าจุดหลอมเหลวของกำมะถันที่ 119oC ขณะที่ โซเดียม มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า คือประมาณ 98oC .. ดังนั้น แบตเตอรี่ที่มีกำมะถันหลอมเหลว จะเก็บโซเดียมที่หลอมเหลวไว้โดยค่าเริ่มต้น นี่เป็นข้อกังวลด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรง.. โซเดียม Sodium สามารถติดไฟได้เองในอากาศ และกำมะถัน Sulfur นั้นไวไฟสูง ตัวอย่างหลายรุ่นของ Ford Ecostar ที่ติดตั้งแบตเตอรี่ดังกล่าว เกิดไฟลุกไหม้ระหว่างการชาร์จ ทำให้ Ford จำต้องล้มเลิกแนวคิดนี้ไปในอดีต ..
อย่างไรก็ตาม แตกต่างไปจากในอดีตสิ้นเชิง ปัจจุบัน ความก้าวหน้า และความสำเร็จในการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตต Solid State Batteries ส่งผลให้การเลือกใช้แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์โซลิดสเตต Sodium-Sulfur Solid-State Batteries รุ่นล่าสุดนั้น ปลอดภัยอย่างยิ่ง และปลอดภัยกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Battery ทุกประเภท ด้วยราคาที่ถูกกว่าเฉลี่ยอย่างน้อยครึ่งหนึ่ง กับความจุที่มากกว่า 4 เท่า .. ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงได้รับการคาดหมายว่าจะเข้ามาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Battery และแบตเตอรี่กรดตะกั่ว Lead-Acid Batteries สำเร็จได้ในที่สุด ..
แบตเตอรี่โซลิดสเตตโซเดียมซัลเฟอร์ Solid-State Sodium-Sulfur Batteries ซึ่งแต่เดิมที่คิดว่าจะไม่สามารถทำขึ้นได้ จนกระทั่งความก้าวหน้าปัจจุบันล่าสุดนี้มาถึง ..
นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยฮูสตัน University of Houston มั่นใจว่าจะเอาชนะหนึ่งในปัญหาใหญ่ที่สุดที่ทำให้แบตเตอรี่โซลิดสเตต Solid-State Batteries ไม่เป็นที่แพร่หลายเท่าที่ควร นั่นคือ Solid Electrolyte ที่เหมาะสม .. ผลงานวิจัยของพวกเขา ได้ข้อค้นพบว่า อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นเนื้อเดียวกันคล้ายแก้ว Homogeneous Glassy Electrolyte จะปูทางไปสู่แบตเตอรี่โซลิดสเตตโซเดียมซัลเฟอร์ที่ทรงพลังอย่างยิ่ง Extremely Powerful Solid-State Sodium-Sulfur Batteries ซึ่งสามารถใช้งานได้ตลอดชีวิต ..
เนื่องจากเป็นธาตุมีอยู่ทั่วไป และราคาต่ำ .. โซเดียม Sodium : 11Na จึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าลิเธี่ยม Lithium : 3Li สำหรับใช้งานในชุดแบตเตอรี่ .. แบตเตอรี่ซัลเฟอร์ Sulfur Batteries ยังรับประกันความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่ามาก แต่ก็มาพร้อมกับปัญหาของตัวเอง รวมถึงการก่อตัวของเดนไดรต์ และโพลีซัลไฟด์ Dendrite & Polysulfide Formation ทำให้มีอายุการใช้งานสั้นลงอาจเพียงไม่กี่รอบการชาร์จ Charging Cycles .. แต่นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยฮูสตัน University of Houston เชื่อมั่นว่า พวกเขาแก้ปัญหาเหล่านี้ได้แล้วด้วยอิเล็กโทรไลต์แข็งมหัศจรรย์ชนิดใหม่ New Miracle Solid Electrolyte ล่าสุดนี้ ..
ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium-Ion Batteries เป็นตัวจัดเก็บพลังงานหลักที่ต้องการสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles: EVs แต่พวกมันยังคงห่างไกลจากอุดมคติอยู่มาก ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมี .. สารเคมีแร่ธาตุหายาก Rare Earth Elements เหล่านี้ อาจมีราคาแพง อายุการใช้งานสั้น หรือแม้แต่ติดไฟง่าย และระเบิดขึ้นได้ในบางสถานการณ์ .. อย่างไรก็ตาม พวกมัน ถูกผลิตขึ้นได้ค่อนข้างง่าย และมีความหนาแน่นของพลังงานที่เหมาะสม ดังนั้น ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs จึงยังคงใช้พวกมันต่อไป ทั้งนี้ การปรากฏตัวของ Solid-State Sodium-Sulfur Batteries สมรรถนะสูง ต้นทุนต่ำชนิดใหม่นี้ อาจทำให้แบตเตอรี่ลิเธี่ยม Lithium-Ion Batteries กลายเป็นอดีตได้ในที่สุด ..
Yan Yao, Cullen ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้า และคอมพิวเตอร์ กล่าวว่า “การแสวงหาอิเล็กโทรไลต์แบบของแข็งชนิดใหม่ New Solid Electrolytes สำหรับแบตเตอรี่โซเดียมชนิดของแข็งทั้งหมด All-SolidSodium Batteries ต้องมีต้นทุนต่ำ Low Cost, ประดิษฐ์ประกอบขึ้นได้ง่าย Easily Fabricated รวมทั้งมีเสถียรภาพเชิงกล และทางเคมีอย่างไม่น่าเชื่อ Incredible Mechanical & Chemical Stability” .. ทั้งนี้ ก่อนหน้านี้ ถือว่ายังไม่มีอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งเพียงตัวเดียว ที่สามารถบรรลุข้อกำหนดทั้ง 4 ข้อนี้ได้ในเวลาเดียวกัน จนกระทั่งการค้นพบที่เกิดขึ้นใหม่สำเร็จได้ในปัจจุบัน ..
นักวิจัย ค้นพบ รูปแบบใหม่ของอิเล็กโทรไลต์แก้วออกซีซัลไฟด์ Oxysulfide Glass Electrolyte ที่มีศักยภาพในการตอบสนองความต้องการเหล่านี้พร้อมกันได้อย่างยอดเยี่ยม .. วัสดุนี้ มีโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกัน Distinct Microstructure ส่งผลให้โครงสร้างเป็นแก้วเนื้อเดียวกันทั้งหมด Homogeneous Glass Structure .. สิ่งนี้ทำให้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง Solid Electrolyte สร้าง ” Self-Passivating Interphase ” ที่หมายถึงส่วนต่อประสานระหว่างโลหะโซเดียม Sodium Metal และอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte ..
“การศึกษาของเรา ได้ล้มล้างการรับรู้เดิมไปสิ้น โดยการสร้างความหนาแน่นกระแสวิกฤตสูงสุด Highest Critical Current Density ระหว่างการเหนี่ยวนำไอออนของ Na-ion : Na+ ทั้งหมด กับอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้สารประกอบซัลเฟอร์ของแข็งเป็นฐาน Sulfide-Based Solid Electrolytes และยังจะช่วยให้แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium-Sulfur Batteries ทำงานได้อย่างปลอดภัยที่อุณหภูมิแวดล้อมด้วยประสิทธิภาพสูงกว่า” เหยา Yan Yao, Cullen อธิบาย ..
การพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตตโซเดียม Solid-State Sodium Batteries ที่ปลอดภัย ต้นทุนต่ำ พลังงานหนาแน่น และมีอายุการใช้งานยาวนาน ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications อาจยังมิได้แปลว่า แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์รุ่นใหม่ New Sodium-Sulfur Battery จะอยู่ใกล้แค่เอื้อมเสียทีเดียว .. แต่มันก็แสดงให้เห็นได้ว่า แบตเตอรี่โซลิดสเตตโซเดียมซัลเฟอร์ Solid-State Sodium-Sulfur Batteries คือ วิธีแก้ปัญหาที่ได้ผล ซึ่งปูทางให้บริษัทฯ ต่างๆ พัฒนาพวกมันในฐานะระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Battery Energy Storage System : BESS ต้นทุนต่ำเชิงพาณิชย์ สำหรับแหล่งพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy Sources, บนโครงข่ายระบบสายส่ง Electrical Grids และบนยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs จากนี้ไปได้อย่างรวดเร็วไร้ข้อสงสัย ..
คาดการณ์ตลาดแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ทั่วโลก Global Sodium Sulfur Battery Market และตลาดชุดแบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้อง ..
อ้างถึงข้อมูลการตรวจสอบตลาดของ Grand View Research พบว่า ขนาดธุรกิจในตลาดแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ทั่วโลก Global Sodium Sulfur Battery Market ได้รับการคาดหมายว่าจะมีมูลค่าสูงแตะระดับ 480.4 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2570 .. ทั้งนี้ อัตราการเติบโตต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ทั่วโลก Global Sodium Sulfur Battery Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 29.6% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ปี 2566-2570 ..
ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur : NaS Batteries ทั่วโลก คาดว่าจะกระตุ้นการเติบโตของตลาดในช่วงเวลาที่คาดการณ์ไว้ .. นอกจากนี้ เนื่องจากแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ มีขนาดเล็กกว่า จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ที่ไม่มีตัวเลือกการจัดเก็บพลังงานรูปแบบอื่น ๆ หรือที่ต้องการพื้นที่น้อยมาก ..
อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries รุ่นใหม่ล่าสุด สามารถช่วยยกระดับการจัดเก็บกำลังไฟฟ้าให้สูงขึ้นในราคาที่ถูกลง และปลอดภัยกว่า .. ดังนั้น พวกมันจึงสามารถคายประจุได้ตามต้องการในระบบ BESS ทั้งบนระบบสายส่ง และบนยานยนต์ไฟฟ้า EVs ได้อย่างยอดเยี่ยม .. ยิ่งไปกว่านั้น แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries ยังใช้สำหรับจ่ายไฟฉุกเฉิน และส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าสำหรับลูกค้าบนระบบสายส่ง และภาคอุตสาหกรรม Power Supply for Micro/Off-Grid & Industrial Customers ได้เป็นอย่างดี .. อย่างไรก็ตาม อัตราการยอมรับนั้น ยังต่ำอยู่เล็กน้อย เนื่องจากมีเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทางเลือกในตลาดอยู่มากมาย ซึ่งรวมถึงแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries และแบตเตอรี่กรดตะกั่ว Lead-Acid Batteries ซึ่งยังคงทำงานได้ดีเป็นที่น่าพอใจของผู้บริโภค ..
ทั้งนี้ ตามรายงานของ PR Newswire Europe Limited เฉพาะในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่โซเดียมไอออนทั่วโลก Global Sodium-Ion Battery Industry พบว่า มีมูลค่าประมาณ 0.3 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2564 และคาดว่าจะแตะ 1.2 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2574 อยู่ที่ค่า CAGR 15.9% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ปี 2565-2574 .. รายงานดังกล่าวนำเสนอการวิเคราะห์ที่ชัดเจนของตลาดที่เปลี่ยนแปลง แนวโน้ม Changing Market Trends, กลุ่มอันดับต้น ๆ Top Segments, ช่องทางการลงทุนที่สำคัญ Key Investment Pockets, ห่วงโซ่คุณค่า Value Chains, สถานการณ์การแข่งขัน Competitive Scenarios และภูมิทัศน์ในระดับภูมิภาค Regional Landscapes .. ในขณะเดียวกัน พัฒนาการของวัสดุอิเล็กโทรไลต์ และอิเล็กโทรดระดับสุดยอด High-End Electrolyte & Electrode ได้ปูทางไปสู่โอกาสแห่งความมั่งคั่งทางธุรกิจในอุตสาหกรรมระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าจากนี้ไป ..
อย่างไรก็ตาม ในประเด็นเฉพาะตลาดแบตเตอรี่โซลิดสเตต Solid-State Batteries ซึ่งถือเป็นอนาคตนั้น พบว่า ตลาดแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั่วโลก Global Solid-State Battery Market มีมูลค่า 805 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2564 คาดว่าจะสูงถึง 13,156 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2573 อยู่ที่ค่า CAGR 36.4% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ปี 2565-2573 .. ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก คาดว่าจะมีส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่ที่สุดในห้วงดังกล่าว ด้วยอัตราเติบโตต่อปี อยู่ที่ค่า CAGR 37.9% ..
ทั้งนี้ ในตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ Battery Energy Storage System : BESS Market นั้น ได้รับการคาดหมายว่า แบตเตอรี่โซลิดสเตตโซเดียมซัลเฟอร์อนินทรีย์ทั้งหมด All-Inorganic Solid-State Sodium-Sulfur Batteries : ASSBs จะกลายเป็นเทคโนโลยีสำคัญหลักที่มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานในระบบจัดเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ Stationary Energy Storage บนระบบสายส่งประเภทต่าง ๆ เนื่องจากมีความปลอดภัยสูงสำหรับอนาคตอันใกล้จากนี้ไป ..
สรุปส่งท้าย ..
แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery : NIB or SIB คือ แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟซ้ำได้ชนิดหนึ่งที่คล้ายคลึงแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery แต่ใช้โซเดียมไอออน Sodium Ions : Na+ เป็นตัวพาประจุ ..
หลักการทำงาน และโครงสร้างเซลล์ของแบตเตอรี่ Cell Construction เกือบจะเหมือนกันกับแบตเตอรี่ประเภทลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery Types ที่แพร่หลายในเชิงพาณิชย์ แต่จะใช้สารประกอบโซเดียม Sodium Compounds แทนสารประกอบลิเธี่ยม Lithium Compounds ..
แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery ได้รับความสนใจทางวิชาการ และเชิงพาณิชย์อย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา พวกมันถือเป็นเทคโนโลยีเสริมที่เป็นไปได้สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานทดแทนแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน เนื่องมาจากการกระจายแหล่งแร่ลิเธี่ยมทางภูมิศาสตร์ที่พบได้เพียงในบางพื้นที่ พวกมันไม่ได้มีอยู่ทั่วไป ปริมาณสำรองในธรรมชาติต่ำ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสูง และค่าใช้จ่ายค่อนข้างแพงสำหรับองค์ประกอบหลายตัวที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธี่ยม ..
โดยทั่วไปสิ่งสำคัญของตัวแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries ได้แก่ แร่ธาตุหายากราคาแพงที่เป็น ลิเธี่ยม Lithium, โคบอลต์ Cobalt, ทองแดง Copper และนิกเกิล Nickel ซึ่งไม่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery .. ข้อได้เปรียบใหญ่ที่สุดของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery คือ มีโซเดียม Sodium : 11Na ปริมาณสำรองในธรรมชาติอย่างมากมาย ซึ่งจะทำให้การผลิตแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery ในเชิงพาณิชย์ มีต้นทุนต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนที่ราคาถูกที่สุดอยู่กว่า 50% แม้สมรรถนะของตัวแบตเตอรี่อาจจะไม่สูงมากนักก่อนหน้านี้ แต่หากใช้สารประกอบซัลเฟอร์เป็นฐานหลักบน Electrode และ Solid Electrolyte ที่เหมาะสมแล้ว คาดว่าจะได้ปริมาณความจุ Energy Capacity เพิ่มขึ้นเป็น 4 เท่า ทำให้แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries รุ่นใหม่ล่าสุดนั้น น่าสนใจอย่างยิ่ง ..
การเปรียบเทียบราคาต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงของขนาดความจุ Cost per Kilowatt Hour of Capacity สำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery : NIB เทียบกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำ Rechargeable Battery Technologies ทั่วไป ส่งผลให้พวกมันมีแนวโน้มกำลังจะกลายเป็นที่นิยมมากขึ้นเพื่อแทนที่ชุดแบตเตอรี่ที่มีใช้งาน 2 รูปแบบหลักแบบชาร์จไฟฟ้าซ้ำได้ในตลาดปัจจุบัน ตามข้อมูลราคาเฉลี่ยในปี 2563 ได้แก่ แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery และแบตเตอรี่กรดตะกั่ว Lead-Acid Battery .. ทั้งนี้ ราคาต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงของความจุ Cost per Kilowatt Hour of Capacity แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery อยู่ที่ 40-77 เหรียญสหรัฐฯ/KWh ขณะที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery และแบตเตอรี่กรดตะกั่ว Lead-Acid Battery อยู่ที่ 137 เหรียญสหรัฐฯ/KWh และ 100-300 เหรียญสหรัฐฯ/KWh ตามลำดับ ..
ผลจากการค้นคว้าวิจัยเพื่อแสวงหาระบบจัดเก็บพลังงานในยุคหน้า Next-Generation Energy Storage Systems นั้น ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ ได้นำเสนอแบตเตอรี่สีเขียวราคาประหยัด Low-Cost & Green Battery ที่มีศักยภาพในการแทนที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries .. เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่เหล่านี้ พบว่า นวัตกรรมการออกแบบของแบตเตอรี่โซเดียม และซัลเฟอร์โดยทั่วไป จะเพิ่มความจุของพลังงานเป็น 4 เท่า ในขณะที่รักษาต้นทุนการผลิตให้อยู่ในระดับที่ต่ำมาก ซึ่งหากเป็นกรณีนี้จริง เทคโนโลยีนี้ จะกลายเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมในการทดแทนผลิตภัณฑ์เคมีไฟฟ้าจากลิเธี่ยมที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน Replacement for Current Lithium Chemistries ..
บทความที่มีรายละเอียดของงานวิจัยนี้ ได้รับการตีพิมพ์โดยวารสาร “Advanced Materials” มีการอธิบายกระบวนการผลิตของแบตเตอรี่ประเภทนี้ ซึ่งโดยทั่วไปจัดอยู่ในประเภทที่เรียกว่า แบตเตอรี่เกลือหลอมเหลว Molten Salt Batteries ซึ่งมีสารเคมีหลากหลายชนิดมาเป็นเวลาประมาณกว่า 50 ปีมาแล้ว ..
แบตเตอรี่ที่กำลังทำการวิจัยส่วนใหญ่ใช้สารเคมีโซเดียมซัลเฟอร์ Na-S มักถูกมองว่าเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าลิเธี่ยม Lithium .. ดังนั้นการใช้งานอย่างแพร่หลายจึงถูกจำกัดด้วยความจุพลังงานต่ำ และวงจรชีวิตที่สั้น นอกจากนี้ ความยากลำบากอีกประการหนึ่งสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลาย คือ อิเล็กโทรด Electrode จำเป็นต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูง เพื่อให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte ยังคงอยู่ในสถานะหลอมเหลว Molten Liquid State ..
ขณะนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์จีน และออสเตรเลีย กำลังร่วมมือกันพัฒนาเวอร์ชั่นใหม่ล่าสุด ซึ่งทำงานได้ดีขึ้นที่อุณหภูมิห้อง ด้วยการใช้กระบวนการไพโรไลซิสอย่างง่าย และอิเล็กโทรดที่ใช้คาร์บอน ปฏิกิริยาของกำมะถัน และความสามารถในการย้อนกลับของปฏิกิริยาระหว่างกำมะถัน และโซเดียมจะดีขึ้น ด้วยวิธีนี้ แบตเตอรี่ใหม่ จึงมีความจุพลังงานสูง และอายุการใช้งานยาวนานที่อุณหภูมิห้อง ..
ผลลัพธ์ที่ได้ คือ แบตเตอรี่เคมีไฟฟ้ารูปแบบ Solid-State Sodium-Sulfur Batteries ที่มีความจุพลังงาน 1,017 mAh/g ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Batteries อยู่ประมาณ 4 เท่า .. แบตเตอรี่ล่าสุดเหล่านี้ มีความเสถียรสูง โดยคงความจุไว้ประมาณครึ่งหนึ่งหลังจากชาร์จ และคายประจุมากกว่า 1,000 รอบ ..
ปัจจุบัน แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries ยังเป็นทางเลือกที่เป็นพิษน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน ซึ่งสิ่งเหล่านี้มีอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีแบตเตอรี่ขนาดเล็ก และในระบบจัดเก็บพลังงานปริมาณความจุสูง ทั้งมีราคาแพงมากในการผลิต และขณะเดียวกันก็ทำให้การรีไซเคิลยุ่งยาก ..
“แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries ของเรามีศักยภาพในการลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก และให้ความจุเพิ่มขึ้นถึง 4 เท่า” Shenlong Zhao ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัย University of Sydney กล่าว “เมื่อดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสง และลมไม่พัด เราต้องใช้โซลูชันการจัดเก็บพลังงานคุณภาพสูงที่ไม่เสียค่าใช้จ่ายสำหรับโลก และเข้าถึงได้ง่ายทั้งในเมือง หรือพื้นที่ส่วนภูมิภาค” Shenlong Zhao กล่าวเสริม ..
ผู้เชี่ยวชาญยังเน้นย้ำถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการประดิษฐ์ของพวกเขา เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในกระบวนผลิตไม่เป็นพิษเหมือนที่เกิดขึ้นกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น ๆ ก่อนหน้านี้ ..
โดยสรุป แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries นี้ มีปริมาณความจุสูงในราคาที่ค่อนข้างต่ำ เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Batteries และมีความเป็นพิษน้อยกว่า ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการแทนที่ผลิตภัณฑ์เคมีไฟฟ้าจากลิเธี่ยมซึ่งมีการใช้งานจำนวนมากในปัจจุบัน .. คาดหมายได้ว่า ทีมวิจัยและพัฒนา กำลังมุ่งเน้นไปที่การขยายขนาดแบตเตอรี่เป็นรูปแบบที่ใหญ่ขึ้น และกำลังมองหาพันธมิตรเพื่อช่วยให้การใช้งานระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ Sodium Sulfur Batteries บนโครงข่ายระบบสายส่ง Electrical Grids และบนยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs ให้เป็นจริงในเชิงพาณิชย์ได้สำเร็จในที่สุด ..
……………………………………….
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
Sodium Sulfur | NaS Batteries :-
New Battery is Cheaper than Lithium – Ion with 4 Times the Capacity :-
https://www.freethink.com/energy/energy-storage
Sodium – Sulfur Battery | Wikipedia :-
https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium%E2%80%93sulfur_battery
NaS Batteries | NGK :-
https://www.ngk-insulators.com/en/product/nas.html
Solid – State Sodium – Sulfur Batteries Thought Impossible to Make Until This Breakthrough | Autoevolution :-
Sodium Sulfur Battery Market Size | Grand View Research :-
https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/sodium-sulfur-batteries-market
Sodium – Ion Batteries : Cost 50% Less Than the Cheapest Li – Ion Electric Car Battery :-
https://photos.app.goo.gl/rRRiGEEVQxyxzMFt5
New Battery Technologies That Could Change Everything :-
