วันอาทิตย์, พฤษภาคม 29, 2022
หน้าแรกCOLUMNISTSSodium-Ion Batteries เทคโนโลยียั่งยืนต้นทุนต่ำ พร้อมแทนที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยม
- Advertisment -spot_imgspot_img

Sodium-Ion Batteries เทคโนโลยียั่งยืนต้นทุนต่ำ พร้อมแทนที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยม

Sodium – Ion Batteries Towards A Sustainable & Low – Cost Energy

“……แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery : NIB or SIB เป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟซ้ำได้ชนิดหนึ่งที่คล้ายคลึงแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนLithium-Ion Battery แต่ใช้โซเดียมไอออน Sodium Ions : Na+ เป็นตัวพาประจุ ..”

หลักการทำงาน และโครงสร้างเซลล์ของแบตเตอรี่ Cell Construction เกือบจะเหมือนกันกับแบตเตอรี่ประเภทลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery Types ที่แพร่หลายในเชิงพาณิชย์ แต่จะใช้สารประกอบโซเดียม Sodium Compounds แทนสารประกอบลิเธี่ยม Lithium Compounds ..

Sodium – Ion Batteries to Cost 50% Less Than the Cheapest Li – ion Electric Car Battery | Credit: CALT

แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery ได้รับความสนใจทางวิชาการ และเชิงพาณิชย์อย่างมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา พวกมันถือเป็นเทคโนโลยีเสริมที่เป็นไปได้สำหรับระบบจัดเก็บพลังงานทดแทนแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน เนื่องมาจากการกระจายแหล่งแร่ลิเธี่ยมทางภูมิศาสตร์ที่พบได้เพียงในบางพื้นที่ พวกมันไม่ได้มีอยู่ทั่วไป ปริมาณสำรองในธรรมชาติต่ำ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสูง และค่าใช้จ่ายค่อนข้างแพงสำหรับองค์ประกอบหลายตัวที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธี่ยม ..

โดยทั่วไปสิ่งสำคัญของตัวแบตเตอรี่ ได้แก่ ลิเธี่ยม Lithium, โคบอลต์ Cobalt, ทองแดง Copper และนิกเกิล Nickel ซึ่งไม่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน .. ข้อได้เปรียบใหญ่ที่สุดของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery คือ มีโซเดียมปริมาณสำรองในธรรมชาติอย่างมากมาย ซึ่งจะทำให้การผลิตแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery ในเชิงพาณิชย์ มีต้นทุนต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนที่ราคาถูกที่สุดอยู่กว่า 50% แม้สมรรถนะของตัวแบตเตอรี่จะไม่สูงมากนัก ..

ในปี 2564 ที่ผ่านมา แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery มีส่วนแบ่งในตลาดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าน้อยมาก .. เทคโนโลยีนี้ไม่ได้มีการกล่าวถึงในรายงานการบริหารข้อมูลด้านพลังงานของสหรัฐฯ เกี่ยวกับเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ ไม่มีรถยนต์ไฟฟ้าใช้แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery .. ความท้าทายในการนำพวกมันไปใช้ ได้แก่ ความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่า Low Energy Density และรอบการคายประจุที่จำกัด Limited Number of Charge-Discharge Cycles ..

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery : NIB มีข้อดีหลายประการเหนือเทคโนโลยีแบตเตอรี่ Battery Technologies ของคู่แข่ง .. เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries แล้ว พบว่า แบตเตอรี่โซเดียมไอออนปัจจุบันยังมีราคาค่อนข้างสูง และความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าเล็กน้อย Slightly Lower Energy Density แต่มีลักษณะด้านความปลอดภัยที่เหนือกว่า รวมทั้งรูปแบบการจ่ายกำลังไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้น หากต้นทุนของแบตเตอรี่โซเดียมไอออนลดลงได้อีก ก็จะคาดหมายได้ว่า พวกมันจะถูกใช้งานในระบบจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า Grid Storage และระบบจัดเก็บพลังงานขนาดย่อมในครัวเรือน Home Storage เช่น บ้าน ที่อยู่อาศัย อาคารพาณิชย์ และสถานที่ทำงาน เป็นต้น โดยที่น้ำหนักของแบตเตอรี่ไม่ใช่ประเด็นสำคัญ ..

ทั้งนี้ ความมุ่งมั่นปรับปรุงต้นทุนให้ลดลงในปัจจุบัน และการประยุกต์ใช้ Nanotechnology เช่น Graphene มาประกอบผสมผสานเสริมด้วยเพื่อให้ความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density เพิ่มขึ้นอีกนั้น อาจส่งผลให้แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery : NIB กลายเป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานบนยานพาหนะไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs และเครื่องมืออุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ได้อย่างหลากหลาย ซึ่งโดยพื้นฐานแล้ว หมายถึง การใช้งานต่าง ๆ ที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนให้บริการอยู่ในปัจจุบันมาก่อนแล้วนั่นเอง ..

การเปรียบเทียบราคาต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงของความจุ 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 ..

เซลล์แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery จะเป็นตัวพลิกเกม Game-Changer ในตลาดรถยนต์ไฟฟ้า และการจัดเก็บพลังงานในอนาคตได้หรือไม่ ..

ผู้จัดจำหน่ายแบตเตอรี่ชั้นนำ Contemporary Amperex Technology Co Ltd : CATL สัญชาติจีน ได้สร้างความประทับใจให้กับภาคอุตสาหกรรมด้วยการเปิดตัวแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Na-Ion รุ่นแรก เมื่อ 29 กรกฎาคม ปี 2564 ที่ผ่านมา .. ผลิตภัณฑ์ใหม่นี้ ได้รับการออกแบบสำหรับตลาดการขนส่งด้วยยานยนต์ไฟฟ้า และการจัดเก็บพลังงานทั่วโลก Global Transportation Electrification & Energy Storage Markets โดยมีกำหนดระยะเวลาการผลิตจำนวนมากที่คาดการณ์ไว้ในปี 2566 ..

การตรวจสอบศักยภาพ Potential ของแบตเตอรี่ Na-Ion ที่ผลิตโดยบริษัท CATL สำหรับการเป็นตัวเปลี่ยนเกม Game Changer หรือการพัฒนาปรับแต่งกรอบในกระบวนการผลิตด้วยข้อมูลเชิงลึกล่าสุดทั้งหมด พบว่า เซลล์ Na+-Ion Battery ประกอบด้วย Prussian White Cathode และ Hard Carbon Anode ทำให้มีพลังงานจำเพาะอยู่ที่ 160 Wh/kg ซึ่งใกล้เคียงกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมเหล็กฟอสเฟต Lithium Iron Phosphate : LFP Battery ..

ทั้งนี้ เมื่อเทียบกับเซลล์ลิเธี่ยมไอออน Li-Ion ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายแล้ว เซลล์ Na-Ion มีความหนาแน่นของพลังงาน และอายุการใช้งานที่ยังคงต่ำกว่า แต่สามารถทำงานได้เหนือกว่าในช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้าง และปลอดภัยกว่า .. เซลล์ Na-Ion มีหลักการทำงานเช่นเดียวกับเซลล์ Li-Ion และคาดว่าจะมีราคาถูกกว่า LFP อย่างน้อย 20% เนื่องจากเป็นรูปแบบเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ปราศจากลิเธี่ยม และไม่จำเป็นต้องใช้โลหะหายากราคาแพงอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม ราคาของ Separator และอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte อาจยังคงมีนัยสำคัญ และส่งผลให้ Na-Ion Cells มีราคาสูงขึ้น ..

นอกจากนี้ ด้วยการใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของเซลล์ Na-Ion อยู่ที่ 90% ณ อุณหภูมิ -20°C  และรวมทั้งด้วยประสิทธิภาพโดยทั่วไป กับความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density ที่สูงกว่าของเซลล์ Li-Ion ส่งผลให้บริษัท CATL ตั้งเป้าหมายที่จะผนวกรวมเซลล์ไฟฟ้าเคมีทั้งสองรูปแบบนี้ให้เป็นระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเดียวกันบนชุดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs รูปแบบผสมผสาน Hybrid เพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่า ..

AB system : CATL has also developed an AB battery system solution, which mixes and matches sodium – ion batteries and lithium – ion batteries in a certain proportion and integrates them into one battery system | Credit: CALT

อย่างไรก็ตาม วัตถุดิบมีส่วนสำคัญไม่เพียงแต่ในประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงราคาของต้นทุนด้วย .. ตัวอย่างเซลล์ Lithium Iron Phosphate : LFP และเซลล์ Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxides : NMC นั้น วัสดุที่เป็นวัตถุดิบ คิดเป็น 30% และ 46% ตามลำดับของราคาแบตเตอรี่ ..

ในการเปรียบเทียบด้านราคา คาดว่า เซลล์ Na-Ion จะมีความอ่อนไหวน้อยกว่าสำหรับต้นทุนวัสดุในตลาดที่เพิ่มขึ้นจากลิเธี่ยม โคบอลต์ และนิกเกิล .. หากราคาวัสดุทั้งหมดเพิ่มขึ้น 10% ต้นทุนวัสดุของเซลล์ Na-Ion จะเพิ่มขึ้นเพียง 0.8% ในขณะที่ต้นทุน LFP Battery และ NMC 532 Battery จะเพิ่มขึ้น 3.2% และ 4.6% ตามลำดับ ..

ต้นทุนวัสดุสำหรับการผลิตเซลล์ Na-Ion นั้น คาดหมายได้ว่า ราคาต้นทุนการผลิตจะทรงตัวในช่วง 10 ปีข้างหน้า ทั้งนี้ แม้ภาพรวมราคาชุดแบตเตอรี่ จะค่อย ๆ ลดลงอย่างต่อเนื่องก็ตาม แต่จะไม่ลดลงมากเท่ากับปีก่อน ๆ ที่ผ่านมา เนื่องจากราคาวัตถุดิบทั่วทั้งตลาดมีแนวโน้มที่สูงขึ้น .. ดังนั้น เนื่องจากพวกมันเป็นเทคโนโลยีที่ปราศจากลิเธี่ยม และโลหะหายากราคาแพง จึงส่งผลให้แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery และเซลล์ Na-Ion มีศักยภาพที่จะเป็นอิสระได้มากกว่าจากแรงกดดันของห่วงโซ่อุปทานในตลาดวัตถุดิบเหมือนเช่นที่เซลล์แบตเตอรี่ LFP และ NMC 532 ปัจจุบันจะต้องเผชิญในอนาคต ..

เมื่อเทียบกับการใช้งานเซลล์ Li-Ion จำนวนมากในภาคการจัดเก็บพลังงาน Energy Storage Sectors, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา Portable Electronics, ยายยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : Evs และระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ Large-Scale Energy Storage .. เซลล์ Na-Ion ยังคงอยู่ในขั้นตอนการวิจัยเพื่อนำร่องการผลิตในระดับโรงงาน แต่สิ่งต่าง ๆ กำลังจะเปลี่ยนไปด้วยแรงหนุนจากพัฒนาการทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในยุคหน้า และการลดต้นทุน ซึ่งมันสำคัญมาก ..

แบตเตอรี่ Na+-Ion ได้รับการคาดหมายว่าจะเข้ามาแทนที่ตลาด Lithium Iron Phosphate : LFP บางส่วนในรถยนต์ไฟฟ้า และระบบจัดเก็บพลังงานที่สูงแตะระดับถึง 20 GWh ภายในปี 2573 .. การประหยัดต้นทุนนั้นเหลือเชื่อมาก .. ทั้งนี้ การคำนวณต้นทุนการผลิตขั้นต้น พบว่า การผลิตเซลล์ Na-Ion ขนาดรวม 1 GWh จะช่วยประหยัดได้มากถึง 41% ของค่าใช้จ่ายวัสดุเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ Lithium Iron Phosphate : LFP ..

ภายในปี 2573 การผลิตเซลล์ Na-Ion สำหรับความต้องการชุดแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery จะกลายเป็นตัวขับเคลื่อนความต้องการวัตถุดิบในห่วงโซ่อุปทานวัสดุอื่น ได้แก่ อะลูมิเนียม Aluminium, โซเดียม Sodium และ Hard Carbon ได้มากกว่า 82 KT ซึ่งถือเป็นการขยายตลาดเฉพาะที่น่าสนใจอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries ..

เหตุผลสำคัญที่จะทำให้แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery เข้ามาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery อย่างน้อยบางส่วนได้ในที่สุด ..

ไม่ว่าจะเป็นอย่างไรก็ตาม ในระยะยาว ด้วยการผลิตเป็นจำนวนมากที่มีประสิทธิภาพ Efficient Mass Production .. ภาพรวมต้นทุนการผลิต Sodium-Ion Battery : NIB จะมีราคาถูกกว่า Lithium-Ion Battery : LIB มาก ประมาณอย่างน้อย 30% .. ข้อได้เปรียบหลักของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน NIB คือ การใช้วัสดุที่มีอยู่อย่างมากมาย ราคาถูก และไม่เป็นอันตราย ..

ลิเธี่ยม Lithium ถือเป็นแร่ธาตุหายากราคาแพง มีปริมาณสำรองในธรรมชาติอย่างจำกัด และกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่บางภูมิภาคเท่านั้น หมายถึง มีเรื่องของการชิงไหวชิงพริบการแข่งขันทางธุรกิจระหว่างประเทศในเชิงภูมิเศรษฐศาสตร์ Geoeconomics มาเกี่ยวข้องด้วย ขณะที่ โซเดียม Sodium เป็นองค์ประกอบทั่วไปที่มีอยู่ในธรรมชาติปริมาณมาก และทั่วโลก .. โซเดียม Sodium สามารถพบได้ทุกที่ สามารถพบได้แม้ในน้ำทะเล Seawater ด้วยเช่นกัน พวกมันเป็นวัสดุที่มีมากเป็นอันดับที่ 7 ของโลก และเมื่อเทียบกับลิเธี่ยมแล้ว โซเดียมมีมากกว่าลิเธี่ยม 1,200 เท่า .. ความพร้อมใช้งานที่หลากหลาย และการกระจายของวัสดุทั่วโลกทำให้โซเดียม เหมาะสมยิ่งที่จะใช้งานพวกมันเพื่อเป็นเซลล์แบตเตอรี่ Sodium as a Battery Cell ในตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยราคาที่ลดลงในอนาคตไม่มีข้อสงสัย ..

Bluetti – NA300 – 2 | Comparison Between Sodium – ion & Lithium – ion Cells Chart | Credit: Bluetti

Min Ah Lee นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด Stanford University กล่าวให้เห็นชัดเจนว่า “สำหรับ NMC 532 Battery ค่าวัสดุ คือ 30 เหรียญสหรัฐฯ/กก. และสำหรับเกลือโซเดียม Sodium Salt อยู่ที่ 10 เหรียญสหรัฐฯ/กก. .. ดังนั้น ต้นทุนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง สำหรับ NMC ในเซลล์ลิเธี่ยมจะอยู่ที่ประมาณ 48 เหรียญสหรัฐฯ/KWh และสำหรับในเซลล์โซเดียมไอออน Na-Ion Cell คือ 35 เหรียญสหรัฐฯ/KWh ” ..

“ด้วยแอโนด Anode ที่ได้รับการพัฒนาให้ดีขึ้น รวมทั้งต้นทุนที่ควรลดลงมาอยู่ที่ 20 เหรียญสหรัฐฯ/KWh และด้วยการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานเต็มเซลล์ที่มากขึ้น คาดหมายว่า ราคาขายส่ง หรือต้นทุนสำหรับการผลิตมวลของวัสดุแคโทด Cathode ก็จะถูกกว่า 10 เหรียญสหรัฐฯ/กก. อีกด้วย เนื่องจากมีต้นกำเนิดจากชีวมวลที่มีอยู่มากมาย Abundant Biomass ตัวอย่างเช่น Corn Liquor เป็นต้น ” ..

ในตลาดยุโรป พบว่า Sodium-Ion Battery : NIB มีศักยภาพในการเข้าถึงต้นทุนต่อ KWh ที่ประมาณ 40 ยูโร ในขณะที่ Lithium-Ion Battery : LIB ที่ราคาถูกที่สุด เช่น Lithium Iron Phosphate : LiFePO4 Battery ไม่น่าจะต่ำกว่า 60 ยูโรต่อ KWh มากนัก ..

เช่นเดียวกับ Lithium-Ion Battery : LIB .. ชุดแบตเตอรี่ Sodium-Ion Battery : NIB สามารถปรับแต่งให้เหมาะสมสำหรับความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density, ความหนาแน่นของกำลัง Power Density, ต้นทุน Cost, ความปลอดภัย Safety และ/หรือ วงจรชีวิตระยะทนยาว Durability & Life Cycle เพื่อให้ตรงกับความต้องการการใช้งานได้อย่างไม่ยากเย็นเช่นกัน ..

โครงการ NAIMA ของยุโรปมีขึ้นเพื่อพัฒนา และทดสอบการกำหนดค่า 2 รูปแบบของเซลล์ Na-Ion ที่ปรับปรุงแล้ว เพื่อตอบสนองการใช้งานในระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ด้วยชุดแบตเตอรี่ Energy Storage System : ESS .. รูปแบบหนึ่งปรับให้เหมาะสมสำหรับความหนาแน่นของกำลัง Power Density และวงจรอายุ Cycle Life สำหรับการใช้งานหนักในภาคอุตสาหกรรม Industrial Applications .. และอีกรูปแบบหนึ่งสำหรับความหนาแน่นของพลังงานที่พอเหมาะซึ่งไม่จำเป็นต้องมากนัก แต่ต้นทุนต่ำสำหรับการใช้งานในครัวเรือน บ้าน ที่อยู่อาศัย สถานที่ทำงาน เป็นต้น ..

ทั้งนี้ เห็นได้ชัดเจนว่า ความหนาแน่นของกำลังที่สูง High Power Density และอายุการใช้งานยาวนาน Great Cycle Life ผนวกกับต้นทุนที่ต่ำ Low Cost ทำให้ Sodium-Ion Battery : NIB กลายเป็นชุดแบตเตอรี่ที่ปลอดภัย และมีคุณสมบัติที่สมบูรณ์แบบสำหรับระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage System : ESS สำหรับการใช้งานที่ความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density มิได้ถือว่าสำคัญมากนัก ..

สำหรับชุดแบตเตอรี่ชาร์จไฟฟ้าได้บนยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : Evs นั้นต่างออกไป .. ในอนาคต เมื่อสถานีชาร์จ EVs ทุกแห่ง ต้องการชุดแบตเตอรี่เพื่อทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ Buffers สำหรับจุดสูงสุด Peaks in Electricity ในการผลิตจ่ายกำลังไฟฟ้า หรือเมื่อความต้องการกำลังไฟฟ้าจากโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าในภาคการขนส่งสูงขึ้นอีกมาก โดยหากระบบจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่ง Grid Energy Storage และการวางระบบแบตเตอรี่ที่ EV Charging Stations รวมทั้งในครัวเรือน ที่อยู่อาศัย หรือสถานที่ทำงาน มีการประยุกต์ใช้งาน Sodium-Ion Battery : NIB แทนที่ Lithium-Ion Battery : LIB ด้วยสัดส่วนเพิ่มมากขึ้นจากนี้ไป ก็จะส่งผลทำให้มีลิเธี่ยมคงเหลือมากขึ้นในการผลิต LIB สำหรับ Electric Vehicles : Evs ซึ่งความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density มีความสำคัญมาก ..

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน การผลิต Sodium-Ion Battery : NIB ในเชิงพาณิชย์ที่มีความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density เพิ่มขึ้นเพียงพอสำหรับ EVs ได้เริ่มขึ้นแล้วเช่นกัน ในขณะที่พวกมันมีสัดส่วนในตลาดมากขึ้นสำหรับระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage System : ESS บนโครงข่ายระบบสายส่ง ทำให้ Sodium-Ion Battery : NIB ดูเหมือนจะเหมาะสมทางเทคนิคมากที่สุด และมีศักยภาพในการเป็นตัวเปลี่ยนเกมในอนาคตภาคอุตสาหกรรม แทนที่ Lithium-Ion Battery : LIB ทั้งหมดได้ในที่สุด ..

Chevrolet Bolt | Sodium Ion Battery for Electric Car, Battery Capacity 10kw, Voltage 72v | Credit: Indiamart

ในด้านความปลอดภัย เป็นอีกประเด็นข้อได้เปรียบของ Sodium-Ion Battery : NIB ในเชิงพาณิชย์ที่โดดเด่นเช่นกัน .. แบตเตอรี่โซเดียมไอออน ไม่เพียงทำงานได้ดีขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้น โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น .. พวกมันไม่ติดไฟ หรือเกิดสถานการณ์ที่เรียกว่า Thermal Runaway ซึ่งมักจะทำให้แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery ติดไฟได้ ..

ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยจะลดลงระหว่างการขนส่ง ผู้ผลิตสามารถขนส่งแบตเตอรี่โซเดียมไอออนโดยต่อกับขั้วแบตเตอรี่โดยตรง และให้แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ศูนย์ได้ ต่างจากแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery ซึ่งจำเป็นต้องขนส่งในสถานะที่มีประจุบางส่วนเพื่อหลีกเลี่ยงการละลายของตัว Copper Current Collectors ที่บรรจุอยู่ ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงที่จะเกิดไฟไหม้ระหว่างการเคลื่อนย้ายขนส่งได้ ..

ผลิตภัณฑ์ของ CATL คาดว่า จะมีความหนาแน่นของพลังงาน 160 Wh/kg และจะใช้เวลา 15 นาทีในการชาร์จถึง 80% ที่จริงแล้วเทียบเท่ากับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนในตลาดที่มีตั้งแต่ 140-240 Wh/kg ที่ระดับสูงสุด.. ทั้งนี้ บริษัทฯ ยังวางแผนที่จะใช้โซลูชันชุดแบตเตอรี่ AB ซึ่งจะรวมทั้งเซลล์โซเดียมไอออน Na-Ion และลิเธี่ยมไอออน Li-Ion รูปแบบผสมผสานเพื่อเพิ่มสมรรถนะให้แก่ผลิตภัณฑ์ ซึ่งมีแนวโน้มทำตลาดบน Evs ได้อย่างมั่นใจด้วยราคาที่ถูกกว่ามาก ..

คาดการณ์ตลาดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนทั่วโลก Global Sodium-Ion Batteries Market ..

ขนาดธุรกิจในตลาดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนทั่วโลก Global Sodium-Ion Batteries Market มีมูลค่า 1.01 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2564 และคาดหมายว่า อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดตลาดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนทั่วโลกที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 19.3% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ตั้งแต่ปี 2564-2573 .. แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery : NIB เป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟซ้ำได้ซึ่งตัวพาประจุ คือ โซเดียมไอออน Na+

.. เนื่องจากโซเดียมไอออนเป็นตัวพาประจุที่ดี แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries จึงเป็นหนึ่งในตัวเลือกสำหรับระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage ที่ยอดเยี่ยม คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดบางประการของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries ได้แก่ คุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีที่โดดเด่น และความสามารถในการคายประจุที่ระดับพลังงานจำเพาะสูง .. วัตถุดิบที่ใช้เป็นวัสดุกั้น Barrier Materials, วัสดุอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte Materials, วัสดุห่อหุ้ม และตัวแยก Encapsulating Materials & Separators และวัตถุดิบประกอบอื่น ๆ ด้วยราคาที่ถูกกว่า ได้ถูกนำมาใช้ในการผลิตแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries ..

การพัฒนาแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery : NIB เริ่มขึ้นครั้งแรกในปี 2523 ซึ่งเป็นช่วงเวลาเดียวกับที่นวัตกรรมของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Battery : LIB ได้เกิดขึ้น .. อย่างไรก็ตาม การซื้อขาย และการดำเนินธุรกิจของ NIB ในเชิงพาณิชย์ได้ชะลอตัวลงเนื่องจากการรุกตลาดของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนที่สูงมากในช่วงที่ผ่านมา .. ทั้งนี้ ปัจจุบัน ความต้องการแบตเตอรี่โซเดียมไอออน NIB กำลังเพิ่มขึ้นเนื่องจากปริมาณโลหะโซเดียมมีอยู่มากมายบนโลก ซึ่งมีราคาถูกกว่าเมื่อเทียบกับโลหะหายาก เช่น ลิเธี่ยม .. ทุกวันนี้ ความต้องการแบตเตอรี่โซเดียมไอออนเชิงพาณิชย์ มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญตามความต้องการของตลาดที่เพิ่มขึ้นจากแอพพลิเคชั่นการใช้งานบนระบบจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่ Large Scale Renewable Energy Storage Applications ควบคู่ไปกับการเติบโตของยานพาหนะไฟฟ้า Electric Vehicles : EVs ในภูมิภาคต่าง ๆ ทั่วโลก ..

Faradion’s Sodium Ion Pouch Cell, with the Battery Made by Williams Advanced Engineering Containing Two Banks of 12 Cells | Credit: The Engineer

จำนวนการใช้งานปลายทาง End-Use Applications สำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน NIB กำลังเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง .. ความต้องการโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ กล้อง และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้แบตเตอรี่โซเดียมไอออน ได้รับแรงฉุดกระชากให้เป็นแหล่งสำรองพลังงานในการใช้งานตอบสนองความต้องการเหล่านี้ ซึ่งรวมถึงภาคการบินและอวกาศ และในกิจการทหาร Aerospace&Defense Applications .. การขยายตัวของแนวคิดการก่อสร้างอาคารอัจฉริยะ Smart Buildings, โครงการพัฒนาขนาดใหญ่ Large-Scale Development Projects เช่น เมืองอัจฉริยะ Smart Cities, โครงสร้างพื้นฐาน Infrastructure ในระบบสาธารณูปโภคด้านพลังงาน และการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า Development of Electric Cars จะสร้างโอกาสใหม่ ๆ สำหรับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Battery Industry ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ ..

ในประเด็นแยกประเภทตามการใช้งาน ตลาดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนทั่วโลก Global Sodium-Ion Batteries Market แบ่งออกเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค Consumer Electronic Devices, ภาคการขนส่ง Transportation Sector, การสำรองพลังงาน Power Backup, การใช้งานระดับกริดไฟฟ้า Grid Level Applications, อุตสาหกรรม Industrial, การบิน อวกาศ และการป้องกันประเทศ Aerospace & Defense, ทางทะเล Marine และอื่น ๆ .. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค และการใช้งานด้านการขนส่ง Consumer Electronic Devices & Transportation Applications ของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries ได้รับส่วนแบ่งการตลาดสูงสุดที่ 60% ในปี 2564 และคาดว่าจะยังคงเป็นกลุ่มที่ใหญ่ที่สุดต่อเนื่องต่อไปจนถึงช่วงคาดการณ์ปี 2573 ..

Sodium – Ion Batteries 18650
Sodium – Ion batteries (NIBs) are Coming with Potential to Revolutionize Grid Energy Storage & Indirectly Help EVs in a Big Way | Credit: CNRs

ความนิยมที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์ ได้กระตุ้นตลาดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนทั่วโลก เนื่องจากโซเดียมเป็นโลหะที่มีอยู่มากมายบนเปลือกโลก และเข้าถึงได้ง่าย .. แบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries จึงเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries ที่มีราคาแพงกว่า เนื่องจากโซเดียมมีปริมาณมาก ต้นทุนของแคโทด และอิเล็กโทรไลต์ จึงลดลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่งของต้นทุนทั้งหมดในเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนโดยรวมของชุดแบตเตอรี่ลดลงอย่างมาก ..

ทั้งนี้ หากมองตลาดตามภูมิภาคแล้วพบว่า อเมริกาเหนือ North America, ยุโรป Europe, เอเชียแปซิฟิก Asia Pacific และส่วนที่เหลือของโลก ครองสัดส่วนขนาดธุรกิจในตลาดแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries Market ตามลำดับ โดยมีบริษัทฯ ผู้เล่นรายใหญ่ซึ่งนอกจากบริษัท Contemporary Amperex Technology : CATL สัญชาติจีน หนึ่งในผู้ผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลก จากมณฑล Fujian แล้ว ยังมีบริษัทผู้ผลิตอื่น ๆ ในตลาด เช่น  Aquion Energy, HiNa Battery Technology, Wuhuhaili, Qintang New Energy, Liaoning Hongcheng (Liaoning Xingkong), NGK, Zhejiang Lvming Energy (Durathon) และ Faradion Limited เป็นต้น ..

สรุปส่งท้าย ..

ชุดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าขนาดใหญ่เท่าเมือง และโรงไฟฟ้าพลังแบตเตอรี่ City-Sized Batteries & Batteries Power Station สามารถทำเชื้อเพลิงฟอสซิลให้ล้าสมัย ตกยุคไปได้ .. การถือกำเนิดของเทคโนโลยี “ชุดแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ Big Battery Packs” กลายเป็นความสำเร็จของการบริหารจัดการกับความท้าทายสำคัญสำหรับอนาคตพลังงานสีเขียว Green Energy ที่ผันแปร ไม่สม่ำเสมอ จากแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ และแหล่งพลังงานลม ได้อย่างเฉียบขาด ..

สถานีไฟฟ้าพลังแบตเตอรี่ เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าในระบบจัดเก็บพลังงานประเภทหนึ่งที่ใช้ชุดแบตเตอรี่เป็นจำนวนมาก เพื่อจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy ที่ผันแปรสำรองไว้สำหรับการกระจาย แจกจ่ายกำลังไฟฟ้าสู่ครัวเรือน ชุมชน เมือง สังคม และโรงงานอุตสาหกรรม ด้วยความเสถียร ซึ่งในระบบสาธารณูปโภค และบริการสาธรณะนั้น พวกมันจะมีราคา และต้นทุนพลังงานที่แพงเกินไปนั้นไม่ได้ ..

China Deploys World’s First Sodium – Ion Grid Scale Battery ESS | Credit: CATL

พวกมันเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าตอบสนองความต้องการได้เร็วที่สุดบนโครงข่ายระบบสายส่ง และทำให้ระบบกริดไฟฟ้ามีเสถียรภาพ .. โดยทั่วไปแล้ว สถานีจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ หรือโรงไฟฟ้าพลังแบตเตอรี่ มักหมายถึง ระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ Utility Scale Energy Storage กับเครือข่ายโรงไฟฟ้าเสมือน Virtual Power Plant : VPP หรือ Grid Scale Energy Storage ที่ทำหน้าที่แจกจ่ายกำลังไฟฟ้าเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าทั่วไปบนโครงข่ายระบบสายส่ง หรือนอกระบบสายส่ง ..

ชุดแบตเตอรี่บนโครงข่ายระบบสายส่ง จะต้องได้รับการออกแบบให้สามารถทั้งการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า Electricity Storage และการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า Electricity Distribution ออกไปในห้วงระยะเวลาหนึ่ง หรืออาจหมายถึงหลายชั่วโมง และในอนาคต อาจหลายวันถึงเป็นเดือน ๆ ได้โดยไม่ต้องชาร์จประจุไฟฟ้าเพิ่มเติมได้ด้วยซ้ำ หรือการชาร์จประจุ ไฟฟ้า และคายประจุกระจายกำลังไฟฟ้าไปพร้อมด้วยก็ทำได้ และโดยส่วนใหญ่จะถูกวางแผนออกแบบติดตั้งไว้กับ Smart Grid หรือ Smart Micro Grid ที่ชาญฉลาดกว่าโครงข่ายระบบสายส่งรูปแบบดั้งเดิมที่มีอายุการใช้งานมากขึ้นเรื่อย ๆ ..

ยานยนต์ไฟฟ้า Electric Vehicles : Evs ก็เช่นกัน ปัจจุบัน EV Batteries มีราคาสูงมาก และเป็นอุปสรรคสำคัญในการเปลี่ยนพฤติกรรมผู้บริโภคให้มาใช้รถยนต์ไฟฟ้าแทนรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์เผาไหม้ภายในซึ่งใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลราคาถูก .. ดังนั้น เพื่อรับมือกับความต้องการสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในช่วงหลายทศวรรษข้างหน้า จะต้องผลิตชุดแบตเตอรี่ที่มีราคาถูกกว่านี้ ใช้งานได้นานขึ้น ทนทาน และมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ ยังต้องแก้ไขปัญหาที่เกิดจากนโยบายของฝ่ายการเมือง และผลกระทบสิ่งแวดล้อม เพื่อตรวจสอบให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่คุณภาพมาตรฐาน ยังจะคงใช้งานต่อไปได้อย่างต่อเนื่องในอนาคต โดยไม่ขัดกันซึ่งผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ และสังคม ..

ปัจจุบัน มากกว่า 80% ของแร่ธาตุลิเธี่ยมทั่วโลกอยู่ในประเทศชิลี ออสเตรเลีย อาเจนติน่า และจีน เทคโนโลยีในปัจจุบันยังต้องพึ่งพาแร่โคบอลต์ด้วยเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งพบมากในสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโก พวกมัน คือ แร่ธาตุโลหะหายากราคาแพง .. ด้วยเหตุนี้ การปรากฏตัวของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน Sodium-Ion Batteries รวมถึงพัฒนาการที่ก้าวหน้าของพวกมันจนถึงปัจจุบัน จึงกลายเป็นข้อไขใหม่ หรือตัวพลิกเกม Game-Changer ด้วยต้นทุนราคาชุดแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าที่ลดลงอย่างน้อยเกือบครึ่งหนึ่งสำหรับตลาดรถยนต์ไฟฟ้า และระบบจัดเก็บพลังงานขนาดต่าง ๆ ในอนาคต เมื่อเทียบกับต้นทุนแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium-Ion Batteries ที่มีราคาแพงกว่ามาก เพื่อให้การใช้แหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy เป็นหลักในระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติแทนที่แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิล Fossil Energy สู่การปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์สุทธิ Net Zero ให้บรรลุความสำเร็จโดยเร็วได้ในที่สุด ..

……………………………….

คอลัมน์ : Energy Key

By โลกสีฟ้า ..

สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)

ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-

Sodium – Ion Batteries are Coming :-

Sodium – Ion Batteries to Cost 50% Less Than the Cheapest Li – ion Electric Car Battery :-

Sodium Ion Battery – an overview | ScienceDirect Topics :-

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/sodium-ion-battery

Will Sodium – Ion Battery Cells be a Game – Changer for Electric Vehicle and Energy Storage Markets? :-

https://www.woodmac.com/news/opinion/will-sodium-ion-battery-cells-be-a-game-changer-for-electric-vehicle-and-energy-storage-markets/

Sodium – Ion Batteries may Dethrone Lithium – Ion Batteries Soon: Details Here :-

https://auto.hindustantimes.com/auto/cars/sodiumion-batteries-may-dethrone-lithium-soon-details-here-41638864215130.html

CATL Unveils Its Latest Breakthrough Technology by Releasing Its First Generation of Sodium – Ion Batteries | CALT :-

https://www.catl.com/en/news/665.html

Sodium Ion Battery :-

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/sodium-ion-battery

Global Sodium – Ion Batteries Market Size to Grow at a CAGR of 19.3% from 2021 to 2030 :-

https://www.globenewswire.com/news-release/2021/06/30/2255510/0/en/Global-Sodium-Ion-Batteries-Market-Size-to-Grow-at-a-CAGR-of-19-3-from-2021-to-2030.html

Sodium – Ion Batteries : Cost 50% Less Than The Cheapest Li – ion Electric Car Battery :-

https://photos.app.goo.gl/rRRiGEEVQxyxzMFt5

spot_imgspot_img
- Advertisment -
- Advertisment -spot_img
- Advertisment -

Featured

- Advertisment -
- Advertisment -
Advertismentspot_imgspot_img