รู้จักกับ Liquid Metal Battery อนาคตของมือถือและรถ EV – ใช้งาน 20 ปีแบตไม่เสื่อม เก็บไฟได้เยอะ วัสดุหาง่าย ราคาถูก
Liquid Metal Battery หรือแบตเตอรี่โลหะเหลว คือแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่มีโครงสร้างภายในเป็นโลหะหลอมเหลวชั้นบนและชั้นล่าง คั่นกลางด้วยเกลือแคลเซียมคลอไรด์หลอมเหลวที่ชั้นกลาง มีประสิทธิภาพการเก็บพลังงานสูง สามารถใช้ซ้ำได้เกินสิบปีโดยแบตไม่เสื่อม ไม่ต้องการการบำรุงรักษา อีกทั้งยังมีต้นทุนต่ำมาก แบตชนิดนี้ได้ถูกคาดหวังว่าจะเข้ามาแทนที่แบต Lithium-ion (Li-ion) ในอนาคตอันใกล้ และอาจเป็นการปฏิวัติวงการเทคโนโลยีจัดเก็บพลังงานครั้งใหญ่นับตั้งแต่ที่ John B. Goodenough ผู้คิดค้นแบต Li-ion เคยทำไว้ราวครึ่งศตวรรษที่แล้ว
แนวคิด Liquid Metal Battery ถูกริเริ่มโดย Donald Sadoway นักเคมีด้านวัสดุและศาสตราจารย์กิตติคุณของ MIT ราวสิบกว่าปีก่อน ซึ่งงานวิจัยดังกล่าวส่งผลให้เจ้าตัวได้รับรางวัล European Inventor Award ในอีกหลายปีต่อมา โดยรางวัลนี้ถือเป็นหนึ่งในรางวัลด้านนวัตกรรมที่ทรงเกียรติที่สุดรางวัลหนึ่งของยุโรปที่จะมอบให้กับนักวิจัยและนักประดิษฐ์ที่มีผลงานโดดเด่น
โครงสร้างและการทำงานของ Liquid Metal Battery
ภาพแสดงโครงสร้างและการทำงานของ Liquid Metal Battery
โครงสร้างหลักของ Liquid Metal Battery ประกอบด้วยเลเยอร์ 3 ชั้นที่สำคัญ โดยทั้งหมดอยู่ในสถานะของเหลว คือ โลหะต่างกัน 2 ชนิด แบ่งเป็นโลหะชั้นบนกับโลหะชั้นล่าง และอิเล็กโทรไลต์ที่คั่นกลางอยู่ระหว่างนั้นอีกที
- โลหะชั้นบน (อิเล็กโทรดลบ) : เป็นโลหะที่มีความหนาแน่นต่ำ เช่น แคลเซียม
- อิเล็กโทรไลต์ : ในที่นี้คือเกลือแคลเซียมคลอไรด์ สำหรับถ่ายเทอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า
- โลหะชั้นล่าง (อิเล็กโทรดบวก) : เป็นโลหะที่มีความหนาแน่นสูง เช่น พลวง
สำหรับองค์ประกอบของโลหะชั้นบนและโลหะชั้นล่างนั้นผู้ผลิตสามารถเลือกได้ตามความเหมาะสมของต้นทุน การนำไปใช้งาน อุณหภูมิการทำงาน แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ หรือคุณสมบัติที่เฉพาะเจาะจงอื่น ๆ ตามภาพประกอบด้านล่าง
สีเหลือง – โลหะความหนาแน่นต่ำ สำหรับอิเล็กโทรดลบ
สีเขียว – โลหะความหนาแน่นสูง สำหรับอิเล็กโทรดบวก
ในแง่กลไกการทำงานของ Liquid Metal Battery จะมีส่วนคล้ายคลึงกับแบต Li-ion คือ โลหะด้านบนจะสูญเสียอิเล็กตรอน (e-) ในระหว่างการคายประจุ และกลายเป็นไอออน (A+) ที่เดินทางผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังอิเล็กโทรดด้านล่าง จากนั้นอิเล็กตรอนจะวิ่งผ่านวงจรภายนอกเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับเครื่องจักรหรือเครื่องใช้ไฟฟ้าที่นำมาต่อพ่วงต่อไป แต่จุดที่แตกต่างกับ Li-ion คือ องค์ประกอบภายใน Liquid Metal Battery ล้วนอยู่ในสภานะของเหลวตามชื่อ ‘แบตเตอรี่โลหะเหลว’ ของมัน
ข้อดีของ Liquid Metal Battery
Sadoway ให้ข้อมูลว่า Liquid Metal Battery สามารถอยู่ได้เป็น 20 ปีโดยที่ยังเก็บประจุได้ถึง 95% ซึ่งหากเป็นแบต Li-ion ที่มีอายุพอ ๆ กัน ถึงตอนนั้นคงเสื่อมสภาพไม่เหลือชิ้นดีแล้ว และหากเปรียบเทียมเรื่องความปลอดภัย Liquid Metal Battery ก็ยังมีภาษีดีกว่า ทั้งทนทานต่อแรงกระแทก และไม่ติดไฟเหมือนแบต Li-ion
และจากการที่ Liquid Metal Battery มีคุณสมบัติเป็นของเหลว การถ่ายโอนประจุและกระบวนการทางเคมีระหว่างองค์ประกอบแต่ละชั้นจึงเกิดขึ้นเร็วมาก ผลที่ตามมาคือกระแสขนาดใหญ่สามารถไหลเข้าออกแบตเตอรี่ได้เร็วตาม
Liquid Metal Battery สามารถนำไปใช้กักเก็บพลังงานจากโครงข่ายพลังงานทดแทนขนาดใหญ่ได้
นอกจากนี้ Liquid Metal Battery ยังมีข้อดีในแง่ของความยืดหยุ่นในการปรับเปลี่ยนขนาด จึงสามารถนำไปใช้งานได้กับอุปกรณ์หลากหลายประเภท ไล่ตั้งแต่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กเช่น มือถือ แทบเล็ต และเครื่องเล่นเกมพกพา สิ่งที่มีขนาดใหญ่ขึ้นไปอย่างรถยนต์ไฟฟ้า หรือแม้กระทั่งใหญ่กว่านั้นเช่น โครงข่ายการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนจากลมและแสงอาทิตย์
- ต้นทุนการผลิตต่ำมาก ซึ่งเป็นสิ่งที่ถูกให้ความสำคัญลำดับแรก ๆ ตั้งแต่ขั้นต้นของการพัฒนา
- วัสดุที่ใช้ประกอบแบตเตอรี่เป็นวัสดุที่หาได้ง่าย หาซื้อได้ทั่วไปในเชิงพาณิชย์
- อายุการใช้งานยาวนานเป็นสิบปี
- อัตราการคายประจุช้า สามารถกักเก็บพลังงานไว้ได้มาก และเก็บไว้ได้นาน
- ไม่ต้องการการบำรุงรักษาหรือดูแลรักษาใด ๆ เป็นพิเศษ
- ไม่เสื่อมสภาพแม้คายประจุจนหมด
- ทนทานต่อแรงกระแทก ไม่ติดไฟเหมือนแบต
- ปรับเปลี่ยนขนาดได้อย่างยืดหยุ่น ง่ายต่อการนำไปใช้งานและติดตั้งในอุปกรณ์ – สถานที่ต่าง ๆ
ความพร้อมของ Liquid Metal Battery
บริษัท Ambri (ที่มี Donald Sadoway เป็นผู้ร่วมก่อตั้ง) ได้ร่วมมือกับ Xcel Energy บริษัทขนส่งพลังงานไฟฟ้าและก๊าซธรรมชาติของสหรัฐฯ วางแผนการทดสอบ Liquid Metal Battery ขนาด 300kWh ในช่วงต้นปี 2024 เป็นเวลา 12 เดือน เพื่อให้สามารถประเมินความสามารถและประสิทธิภาพของระบบได้อย่างครอบคลุม โดยคาดว่า Liquid Metal Battery จะพร้อมใช้งานเต็มรูปแบบภายในปีเดียวกัน
เมื่อทุกอย่างเข้าที่เข้าทาง Liquid Metal Battery จะมีราคาเพียง 740 บาทต่อ kWh เท่านั้น
ในเบื้องต้น Liquid Metal Battery ของ Ambri จะมีราคาตั้งแต่ 180 – 250 เหรียญ (ุประมาณ 6,300 – 7,800 บาท) ต่อ kWh ซึ่งถือเป็นราคาที่สูง ขัดแย้งกับข้อดีตามที่กล่าวไว้ด้านบนว่ามันมีต้นทุนถูกแสนถูก แต่นั่นเป็นเพราะเทคโนโลยีนี้ยังใหม่ คือยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นเท่านั้น แต่หากกระบวนการทดสอบและการผลิตเป็นไปได้ด้วยดี ราคา Liquid Metal Battery จะค่อย ๆ ถูกลงมาเป็นลำดับจนเหลือราว 21 เหรียญ (ประมาณ 740 บาท) ต่อ kWh ภายในปี 2030 ตามการคาดการณ์ของ Ambri
นักวิเคราะห์ให้ความเห็นว่า หาก Liquid Metal Battery ของ Ambri ติดตลาดเมื่อไหร่ อาจสร้างรายได้ให้บริษัทสูงถึง 40 ล้านเหรียญ (ประมาณ 1,403 ล้านบาท) และอาจเป็นการปฏิวัติวงการเทคโนโลยีจัดเก็บพลังงานครั้งใหญ่ตามที่เกริ่นไว้ตอนต้น และด้วยต้นทุนแบตเตอรี่ที่ถูกลง ก็จะนำความเปลี่ยนแปลงไปสู่อุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องต่อไปอีกทอดหนึ่ง โดยเฉพาะกับรถยนต์ไฟฟ้าที่สูญเสียต้นทุนไปกับแบตค่อนข้างมากในปัจจุบัน