เราต้องเว็บสล็อตใหม่ล่าสุดการวิธีเพิ่มเติมในการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน ถึงเวลาแล้วหรือยังที่แบตเตอรี่โลหะ-อากาศจะเปล่งประกาย?
โดย อนุราธะ พาราณสี | เผยแพร่เมื่อ 12 มี.ค. 2022 11:00 น.
ศาสตร์
พลังงาน
เทคโนโลยี
แผงโซลาร์เซลล์บนสนาม
เราต้องการทางเลือกอื่นแทนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพื่อเก็บพลังงานหมุนเวียนจำนวนมาก Zbynek ฝังศพบน Unsplash
แบ่งปัน
ไฟฟ้าเน่าเสียง่าย ถ้าไม่ได้ใช้ในขณะที่ถูกสร้างขึ้น มันจะกระจายตัวอย่างรวดเร็วเป็นความร้อน การแยกคาร์บอนออกจากโครงข่ายไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์สามารถกลายเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อสามารถจัดเก็บและใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมจำนวนมหาศาลได้ตลอดเวลา อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถใช้ประโยชน์จาก
แหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์
ในปัจจุบัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นส่วนสำคัญของตลาดสำหรับการจัดเก็บพลังงาน แต่พวกมันคือราคาแพงเกี่ยวข้องกับการขุดโลหะหายากและอยู่ ห่างไกลจากสิ่งแวดล้อม ที่ยั่งยืน การค้นหาทางเลือกอื่นที่ไม่ทำลายระบบนิเวศน์เป็นสิ่งสำคัญ และจนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังวิเคราะห์การเปลี่ยนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยใช้วัตถุดิบ เช่น โซเดียม แมกนีเซียม และแม้แต่น้ำทะเล แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมพลังงานได้ลงทุนในแบตเตอรี่เมทัล-แอร์ในฐานะโซลูชันยุคใหม่สำหรับการจัดเก็บพลังงานจากโครงข่าย
แบตเตอรี่โลหะ-อากาศได้ รับการออกแบบครั้งแรกใน ปีพ.ศ. 2421 เทคโนโลยีนี้ใช้ออกซิเจนในบรรยากาศเป็นแคโทด (ตัวรับอิเล็กตรอน) และขั้วบวกของโลหะ (ตัวให้อิเล็กตรอน) แอโนดนี้ประกอบด้วยโลหะราคาถูกและมีอยู่มากมาย เช่น อะลูมิเนียม สังกะสี หรือเหล็ก Yet-Ming Chiang ศาสตราจารย์ด้านไฟฟ้าเคมีจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์กล่าวว่า “โลหะทั้งสามนี้ขึ้นสู่จุดสูงสุดในแง่ของการใช้งานแบตเตอรี่โลหะ-อากาศ
ในปีพ.ศ. 2475แบตเตอรี่สังกะสี-แอร์เป็นแบตเตอรี่โลหะ-อากาศประเภทแรก ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องช่วยฟัง สามทศวรรษต่อมา นักวิทยาศาสตร์ของ NASA และ GTE Lab พยายามพัฒนาแบตเตอรี่เหล็ก-อากาศสำหรับระบบอวกาศของ NASAแต่ในที่สุดก็เลิกใช้ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยบางคนกำลังไล่ตามเทคโนโลยีที่เข้าใจยาก
ขีดจำกัดและศักยภาพของแบตเตอรี่โลหะ-อากาศ
นักวิจัยเชื่อว่าในทางทฤษฎีแล้ว แบตเตอรี่โลหะ-อากาศอาจมีความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมานานกว่าหกทศวรรษ ถึงกระนั้นพวกเขาก็ยังล้มเหลวในการใช้ชีวิตอย่างเต็มศักยภาพซ้ำแล้วซ้ำเล่าในอดีต
ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กระบวนการสร้างพลังงานนั้นตรงไปตรงมา อะตอมของลิเธียมจะกระเด้งระหว่างอิเล็กโทรดสองขั้วในขณะที่แบตเตอรี่ชาร์จและคายประจุ
อย่างไรก็ตาม อากาศที่เกี่ยวข้องทำให้กระบวน
การยุ่งยากมากขึ้น และเพิ่มความท้าทายเพิ่มเติม—ความยากในการชาร์จใหม่ ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับโลหะ ทำให้เกิดสารเคมีที่แยกกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสออก และปล่อยพลังงานออกมา แต่แทนที่จะเกิดปฏิกิริยาที่สามารถย้อนกลับมา ในแบตเตอรี่โลหะ-อากาศ การถ่ายโอนส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นเพียงทางเดียวเท่านั้น ด้วยการไหลของออกซิเจนในบรรยากาศสู่แบตเตอรี่โลหะ-อากาศอย่างต่อเนื่อง เมื่อคุณเริ่มใช้งาน แบตเตอรี่สามารถสึกกร่อนได้อย่างรวดเร็วแม้จะไม่ได้ใช้งานและมีอายุการเก็บรักษาที่จำกัด
นอกจากนี้ วัตต์-ชั่วโมงของแบตเตอรี่โลหะ-อากาศต่อกิโลกรัม ซึ่งวัดการจัดเก็บพลังงานต่อหน่วยมวลของแบตเตอรี่นั้นไม่ได้สูงเป็นพิเศษในปัจจุบัน นี่เป็นเหตุผลหลักว่าทำไมรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันไม่สามารถใช้แบตเตอรี่โลหะ-อากาศ เช่น เหล็ก-อากาศ เชียงบอกวิทยาศาสตร์ยอดนิยม “แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมี 100 วัตต์ต่อชั่วโมงต่อกิโลกรัม แต่สำหรับเหล็ก-อากาศ มีเพียง 40 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม อัตราการจัดเก็บพลังงานและคายประจุออกจากแบตเตอรี่นั้นค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกัน” เขากล่าว
[ที่เกี่ยวข้อง: เราต้องการวิธีที่ปลอดภัยกว่าในการรีไซเคิลแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าและโทรศัพท์มือถือ ]
แต่เขาให้เหตุผลว่าถึงแม้จะมีข้อจำกัดเหล่านี้ แต่การจัดเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่อาจใช้แบตเตอรี่เหล็ก-อากาศ ที่บริษัทสตาร์ทอัพชื่อ Form Energyเชียงและเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ไอรอน-แอร์ราคาประหยัดตัวใหม่ที่จะให้การจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนเป็นเวลาหลายวันภายในปี 2567
“แม้ว่าจะไม่ได้ผลสำหรับ EVs แต่แบตเตอรี่ไอรอนแอร์สามารถขยายขนาดขึ้นในเชิงพาณิชย์เพื่อเก็บพลังงานและช่วยบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้ในช่วงกลางศตวรรษ” เชียงซึ่งเป็นหัวหน้าเจ้าหน้าที่วิทยาศาสตร์ของ Form Energy กล่าวเสริม
การออกแบบใหม่สำหรับแบตเตอรี่เมทัล-แอร์
ทีมงานของเชียงได้ปรับแต่งกระบวนการ “การเกิดสนิมย้อนกลับ” ในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่จัดเก็บและปล่อยพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเหล็กเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์ทางเคมี มันจะสูญเสียอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านวงจรภายนอกของแบตเตอรี่ไปยังอิเล็กโทรดอากาศ ออกซิเจนในบรรยากาศจะกลายเป็นไฮดรอกไซด์ไอออนที่ขั้วไฟฟ้าอากาศ แล้วข้ามไปยังขั้วไฟฟ้าของเหล็ก เกิดเป็นเหล็กไฮดรอกไซด์ ซึ่งจะกลายเป็นสนิมในที่สุด
“เมื่อคุณย้อนกลับกระแสไฟฟ้าบนแบตเตอรี่จะทำให้แบตเตอรี่ไม่เป็นสนิม ขึ้นอยู่กับว่าแบตเตอรี่กำลังคายประจุหรือกำลังชาร์จ อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากหรือเติมเข้าไปในเตารีด” เชียงอธิบาย เขาอ้างว่าแบตเตอรี่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าสะอาดได้ 100 ชั่วโมงในราคาเพียง 20 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง ซึ่งถือว่าถูกเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งมีราคาสูงถึง 200 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ชั่วโมง
แต่เหล็กไม่ใช่โลหะชนิดเดียวที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่การแข่งขันเพื่อพัฒนาแบตเตอรี่โลหะ-อากาศแบบยั่งยืนสำหรับการจัดเก็บพลังงานได้เร่งขึ้น หลายบริษัทและนักวิจัยต่างก็ยุ่งกับการลงทุนในแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศและอะลูมิเนียม-อากาศ เว็บสล็อตใหม่ล่าสุด และ สล็อตแตกง่าย
