แบตเตอรี่จาก Molten Sodium ทำงานได้ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าและมีต้นทุนที่น้อยกว่า

แบตเตอรี่ชนิดใหม่ Molten Sodium ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อการเก็บพลังงานแบบกริดซึ่งสามารถทำงานได้ด้วยอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ทั้งยังมีต้นทุนและอายุที่ยืนยาวในการใช้งานมากกว่าแบตเตอรี่สำหรับกริดที่ใช้งานกันในปัจจุบันอีกด้วย

นักวิจัยจาก Sandia National Laboratories ออกแบบแบตเตอรี่คลาสใหม่สำหรับแบตเตอรี่ Molten Sodium สำหรับการเก็บพลังงานแบบกริด โดยแบตเตอรี่ชนิดนี้นั้นมีการใช้งานมาหลายปีสำหรับกักเก็บพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น แผงพลังงานแสงอาทิตย์หรือกังหันลม แต่แบตเตอรี่ Molten Sodium ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์หรือที่เรียกกันว่าแบตเตอรี่ Sodium-Sulfur นั้นทำงานอยู่ที่ 271.1 – 348.8 องศาเซลเซียส ซึ่งการค้นพบใหม่นี้จะทำงานที่อุณหภูมเพียง 110 องศาเซลเซียสโดยประมาณ

ความพยายามในการลดอุณหภูมิในการใช้งานครั้งนี้นั้นยังนำมาซึ่งการลดต้นทุนไปพร้อม ๆ กัน เนื่องจากเป็นการใช้วัสดุน้อยลงไม่ว่าจะเป็นฉนวน สายไฟต่าง ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุที่มีราคาแพง แบตเตอรี่ที่ได้จึงมีขนาดที่บางลง

อย่างไรก็ตามปฏิกริยาเคมีที่ทำงานที่อุณหภูมิเดิมนั้นจะไม่ทำงานที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า ซึ่งนวัตกรรมที่เข้ามาแก้ไขเรื่องปัญหาอุณหภูมิ คือ Catholyte ซึ่งเป็นของเหลที่ผสมด้วยเกลือสองชนิด ในที่นี้ คือ Sodium Iodide และ Gallium Chloride

หากนึกถึงแบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์ที่โดยมากใช้ในการจุดระเบิดจะมีแผ่นนำโลหัและแผ่นไดออกไซด์ซึ่งมีสารทำละลายกรด Sulfuric อยู่ตรงกลาง แผ่นโลหะเหล่านี้จะทำปฏิกริยากับกรดเพื่อปลดปล่อยประจุจากแบตเตอรี่เพื่อสตาร์ทรถ แต่แบตเตอรี่ Molten Sodium แบบใหม่แผ่นโลหะนำนั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นโลหะ Liquid Sodium และแผ่นไดออกไซด์ถูกเปลี่ยนเป็นส่วมผสมของของเหลจาก Sodium Iodide และ Gallium Chloride เล็กน้อย

เมื่อพลังงานถูกปลดปล่อยประจุจากบตเตอรี่ โลหะ Sodium จะสร้างไอออนและอิเล็กตรอนจาก Sodium ในอีกด้านหนึ่งอิเล็กตรอนเปลี่ยน Iodine เป็นไอออนของ Iodine จากนั้นไอออน Sodium จึงเดินทางข้ามตัวแบ่งแยกพื้นที่ไปยังอีกด้านที่ทำปฏิกริยาจากไอออน Iodide เพื่อสร้างเกลือ Molten Sodium Iodide และแทนที่การใช้งานสารทำละลายจากกร Sulfuric จึงเปลี่ยนไปใช้ตัวแยกที่ทำจากเซรามิกแบบพิเศษที่ยินยอมให้เฉพาะไอออน Sodium เท่านั้นที่จะข้ามผ่านตัวแบ่งแยกได้

แบตเตอรี่ Molten Sodium ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์นั้นมีอายุการใช้งานอยู่ที่ 10 – 15 ปี ซึ่งมีอายุยืนยาวกว่าแบตเตอรี่แบบกรดหรือ Lithium Ion ทั่วไป แน่นอนว่ายิ่งมีอายุยืนยาวก็ยิ่งปลอดภัยด้วยเช่นกัน ซึ่งแบตเตอรี่รุ่นใหม่นี้ได้รับการทดสอบการเติมประจุและคายประจุกว่า 400 ครั้งในเวลา 8 เดือน และเพราะการระบาดของ COVID-19 การทดลองจึงต้องพักไป 1 เดือน โดยแบตเตอรี่จะเย็นลงมาเท่าอุณหภูมิห้องและถูกแช่แข็ง ซึ่งหลังจากนำมาอุ่นระบบใหม่อีกครั้งก็ยังสามารถทำงานได้เป็นอย่างดี

สำหรับความปลอดภัย แบตเตอรี่ Sodium-Iodide นั้นอยู่ใในระดับความปลอดภัยสูงแตกต่างจาก Lithium Ion ที่หากมีการทำงานล้มเหลวจะเกิดลุกไหม้ ซึ่งสิ่งเหลานี้ไม่อาจเกิดขึ้นกับแบตเตอรี่รุ่นใหม่ได้ แม้จะเอาตัวกั้นออกแล้วสารเคมีผสมกันก็ตาม ผลลัพธ์มีแค่แบตเตอรี่ที่หยุดทำงานแต่จะไม่มีอุบัติเหตุหรือปฏิกริยาเคมีที่อันตรายหรือประกายไฟเกิดขึ้นแน่นอน

นอกจากนี้แบตเตอรี่ชนิดใหม่นี้มีความสามารถในการใช้แรงดันไฟฟ้าได้มากกว่าแบตเตอรี่ Molten Sodium Battery ถึง 40% แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้มีพลังงานที่เข้มข้นกว่าซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่ในอนาคตจะใช้เซลล์ในปริมาณที่น้อยลง เมื่อการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์น้อยลงและต้นทุนต่อหน่วยที่ต่ำลงในขณะที่ปริมาณไฟฟ้าที่ได้นั้นยังคงเหมือนเดิม

ความท้าทายในปัจจุบันของแบตเตอรี่ชนิดนี้ คือ Gallium Chloride ที่มีราคาแพงอย่างมาก มีมูลค่าแพงกว่า Table Salt ถึง 100 เท่า ทีมวิจัยจึงอยู่ในช่วงปรับแต่งและออกแบบ Catholyte ใหม่เพื่อทดแทน Gallium Chloride ในปัจจุบันและคาดว่าใช้เวลา 5 – 10 ปีในการนำแบตเตอรี่รุ่นใหม่นี้ออกสู่ตลาด

ที่มา:
Newsreleases.sandia.gov