แบตเตอรี่เชิงกลด้วย Carbon Fiber รอบใช้งาน 1 ล้านรอบ

กระทู้สนทนา

อนุรักษ์พลังงาน วิศวกรรมศาสตร์ พลังงานทดแทน กระทรวงพลังงาน เทคโนโลยี

ทุกวันนี้ Carbon Fiber ราคาถูกลงมาก จนสามารถนำมาใช้ประกอบอุปกรณ์ต่างๆมากมาย
ตั้งแต่กรอบมือถือ จนถึงเฟรมจักรยาน

ความฝันของหลายๆคนก็เป็นจริงขึ้นมาได้ด้วยการผลิตจากประเทศจีน

ในวันนี้ผมขอพูดถึงการนำ Carbon Fiber มาประยุกต์ใช้อีกทางที่หลายคนคงนึกไม่ถึง
นั่นก็คือการใช้ Carbon Fiber เป็นแหล่งเก็บพลังงาน หรือพูดง่ายๆก็คือ แบตเตอรี่นั่นเอง

เราทราบว่า Carbon Fiber มีค่าความเค้นและความเครียดสูง
ดังนั้นในทางกลแล้วเราสามารถนำ Carbon Fiber มาเก็บพลังงานในรูปพลังงานศักย์ได้

โดยความหนาแน่นพลังงานต่อปริมาตรจะเท่ากับ

U = 0.5*(Stress)(Strain)

จาก
[Spoil] คลิกเพื่อดูข้อความที่ซ่อนไว้

เราพบว่าค่า Stress มีค่า 4.9 Gpa Strain มีค่า 0.019

ดังนั้น

U = 0.5*(2.45*10^9)(0.0095)
= 11,637,500 Joules
หรือเท่ากับ
3.23263889 kilowatt hours/m3

Note: ค่าที่คำนวณจะใช้ Safety Factor 2 เท่า ดังนั้นค่า Stress, Strain จึงลดลง 2 เท่า

จาก
[Spoil] คลิกเพื่อดูข้อความที่ซ่อนไว้

เราทราบว่า Linear Density คือ 33 กรัม/เมตร และ Specific Density เป็น 1.8 g/cm3
แสดงว่าเส้น Carbon Fiber นึ้มีค่าพื้นที่ 33/1.8= 18.33 cm2

แบตเตอรี่ 1 m3 ต้องใช้ Carbon Fiber (10,000/18.33) = 545.553737043 ชิ้น

แต่จาก
[Spoil] คลิกเพื่อดูข้อความที่ซ่อนไว้

ราคา Carbon Fiber ราคา 454.47 บาทต่อเมตร
ดังนั้น 546 อันจะมีราคา 546x455 = 248,430 บาท

นั่นทำให้พลังงานต่อ kWh เป็น 76,913 บาท

จากรูปด้านบนเราพบว่า Carbon Fiber จะมีรอบใช้งานถึง 10,000,000 รอบที่ความเค้น 50% ดังนั้นค่าใช้จ่ายต่อรอบการใช้งานจึงเป็น
0.0076913บาทต่อรอบ

ขณะที่ Battery ในรถ Tesla มีรอบใช้งานราว 6000 รอบ ที่ราคา 142 USD

ราคาต่อรอบใช้งานจึงเป็น 142*30/6000 = 0.71 บาท

สุดท้ายนี้การผลิตแบตเตอรี่เชิงกลอาจต้องอาศัยการออกแบบเพิ่มเติมและการทักใย Carbon fiber จำเพาะ
การใช้งานจริงจึงต้องการการพัฒนาเพิ่ม

หวังว่าบทความนี้จะช่วยจุดประกาย และให้ไอเดียแก่นวัตกรรมไทยต่อไปนะครับ
ชอบบทความกดโหวต เพื่อเป็นกำลังใจครับ ขอบคุณครับ

[Spoil] คลิกเพื่อดูข้อความที่ซ่อนไว้