แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-กำมะถันที่ผลิตจากวัสดุราคาถูกและอุดมสมบูรณ์ สามารถเป็นแหล่งสำรองพลังงานทดแทนในราคาประหยัดได้
สถาปัตยกรรมแบตเตอรี่ใหม่ซึ่งใช้อะลูมิเนียมและกำมะถันเป็นวัสดุอิเล็กโทรดสองชนิด โดยมีอิเล็กโทรไลต์เกลือหลอมเหลวอยู่ระหว่างนั้น มีการอธิบายไว้ในวารสาร Nature โดย ทีมวิจัยประกอบด้วยสมาชิกจากมหาวิทยาลัยปักกิ่ง มหาวิทยาลัยยูนนาน และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Wuhanในประเทศจีน มหาวิทยาลัย Louisville ในรัฐเคนตักกี้มหาวิทยาลัยWaterlooในแคนาดา ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ในรัฐเทนเนสซี และ MIT งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดย MIT Energy Initiative, MIT Deshpande Center for Technological Innovation และ ENN Group
Sadoway ซึ่งเป็นศาสตราจารย์กิตติคุณ John F. Elliott แห่ง Materials Chemistry อธิบาย
"ฉันต้องการคิดค้นสิ่งที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับการจัดเก็บแบบอยู่กับที่ขนาดเล็ก และสำหรับยานยนต์ "
ส่วนผสมสามอย่างสำหรับทำเซลล์แบตเตอรี่ใหม่ ที่เลือก นั้นมีราคาถูกและหาได้ง่าย
- อะลูมิเนียม หาได้ง่ายราคาถูก
- กำมะถันซึ่งมักเป็นของเสียจากกระบวนการต่างๆ เช่น การกลั่นปิโตรเลียม
- เกลือที่หาได้ทั่วไป ส่วนผสมมีราคาถูก และปลอดภัย ไม่สามารถเผาไหม้ได้
ในการทดลอง ทีมวิจัย แสดงให้เห็นว่าเซลล์แบตเตอรี่ใหม่ สามารถทนได้หลายร้อยรอบด้วยอัตราการชาร์จที่สูงเป็นพิเศษ โดยมีค่าใช้จ่ายต่อเซลล์ประมาณหนึ่งในหกของจำนวนเซลล์ลิเธียมไอออน อนึ่ง อัตราการชาร์จขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงานเป็นอย่างมาก โดยที่ 110 องศาเซลเซียส (230 องศาฟาเรนไฮต์) แสดงอัตราที่เร็วกว่า 25 C (77 F) ถึง 25 เท่า
น่าแปลกที่เกลือหลอมเหลวที่ทีมวิจัยเลือกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์เพียงเพราะจุดหลอมเหลวต่ำกลับกลายเป็นข้อได้เปรียบโดยบังเอิญ โดย ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่คือการก่อตัวของ Dendrites ซึ่งเป็นโลหะแหลมที่แคบซึ่งสร้างขึ้นบนอิเล็กโทรดหนึ่งและในที่สุดก็ขยายข้ามเพื่อสัมผัสกับอิเล็กโทรดอีกขั้วหนึ่ง ทำให้เกิดการลัดวงจรและการขัดขวางประสิทธิภาพ ซึ่งเกลือ chloro-aluminate ที่เลือก กำจัด Dendrites ที่เคลื่อนที่ออกไปได้ ในขณะที่ยังช่วยให้ชาร์จได้อย่างรวดเร็วมาก
Sadoway กล่าว “เราทำการทดลองด้วยอัตราการชาร์จที่สูงมาก โดยชาร์จในเวลาน้อยกว่าหนึ่งนาที และเราไม่เคยสูญเสียเซลล์พลังงานเนื่องจากการลัดวงจรของ Dendrites ”
ยิ่งไปกว่านั้น แบตเตอรี่นี้ไม่ต้องการแหล่งความร้อนภายนอกเพื่อรักษาอุณหภูมิในการทำงาน ความร้อนเกิดจากไฟฟ้าเคมีโดยการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ “เมื่อคุณชาร์จ คุณจะสร้างความร้อน และนั่นทำให้เกลือไม่แข็งตัว จากนั้นเมื่อคุณคายประจุ มันจะสร้างความร้อนด้วย”
Sadoway กล่าวว่า สูตรแบตเตอรี่ใหม่นี้เหมาะสำหรับการติดตั้งขนาดเท่าที่จำเป็นในการจ่ายไฟให้กับบ้านเดี่ยวหรือธุรกิจขนาดเล็กถึงขนาดกลาง โดยความจุในการจัดเก็บไม่กี่สิบกิโลวัตต์-ชั่วโมง
สำหรับการติดตั้งที่ใหญ่ขึ้น จนถึงขนาดยูทิลิตี้ตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยเมกะวัตต์ชั่วโมง เทคโนโลยีอื่นๆ อาจมีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น แบตเตอรี่โลหะเหลว ที่ Sadoway และนักเรียนของเขาที่พัฒนาขึ้นเมื่อหลายปีก่อน และเป็นพื้นฐานสำหรับบริษัท Ambri ซึ่งหวังว่า เพื่อส่งมอบผลิตภัณฑ์ชุดแรกภายในปีหน้า
ขนาดที่เล็กกว่าของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-กำมะถันยังทำให้ใช้งานได้จริง เช่น ใช้กับสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า
Sadoway กล่าว เมื่อยานพาหนะไฟฟ้ากลายเป็นเรื่องธรรมดาบนท้องถนน รถยนต์หลายคันต้องการชาร์จพร้อมกัน ดังที่เกิดขึ้นในปัจจุบันกับปั๊มน้ำมัน ถ้าคุณพยายามทำเช่นนั้นด้วยแบตเตอรี่เดิม และต้องการชาร์จอย่างรวดเร็ว ค่าความต้องการกระแสไฟฟ้าสูงมากจนอาจไม่มีจำนวนกระแสไฟฟ้าเพียงพอ
โดยการมีระบบแบตเตอรี่ใหม่เพื่อเก็บพลังงานแล้วปล่อยอย่างรวดเร็วเมื่อจำเป็น จะช่วยลดความจำเป็นในการติดตั้งสายไฟใหม่ที่มีราคาแพงเพื่อให้บริการชาร์จ
เทคโนโลยีใหม่นี้เป็นพื้นฐานของ บริษัทที่ชื่อว่า Avanti ซึ่งได้รับอนุญาตให้ใช้สิทธิบัตรกับระบบซึ่งร่วมก่อตั้งโดย Sadoway และ Luis Ortiz '96 ScD '00
Sadoway กล่าว ธุรกิจลำดับแรกของบริษัทคือการแสดงให้เห็นว่ามันใช้งานได้จริง จากนั้นจึงนำไปทดสอบความอึด ความอดทน ความสามารถรับวิกฤต (Stress Test) หลายชุด ซึ่งรวมถึงการชาร์จผ่านรอบการชาร์จหลายร้อยรอบ
สำหรับคำถามที่ว่า แบตเตอรี่ที่ใช้กำมะถันจะเสี่ยงต่อการทำให้เกิดกลิ่นเหม็นที่เกี่ยวข้องกับกำมะถันบางรูปแบบหรือไม่?
Sadoway กล่าวว่า กลิ่นไข่เน่าอยู่ในแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์จะถูกปิดไว้ภายในเซลล์
เรียบเรียงจาก
https://news.mit.edu/2022/aluminum-sulfur-battery-0824 
แนวคิดใหม่สำหรับแบตเตอรี่ราคาประหยัด แบตเตอรี่อะลูมิเนียม-กำมะถัน
สถาปัตยกรรมแบตเตอรี่ใหม่ซึ่งใช้อะลูมิเนียมและกำมะถันเป็นวัสดุอิเล็กโทรดสองชนิด โดยมีอิเล็กโทรไลต์เกลือหลอมเหลวอยู่ระหว่างนั้น มีการอธิบายไว้ในวารสาร Nature โดย ทีมวิจัยประกอบด้วยสมาชิกจากมหาวิทยาลัยปักกิ่ง มหาวิทยาลัยยูนนาน และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Wuhanในประเทศจีน มหาวิทยาลัย Louisville ในรัฐเคนตักกี้มหาวิทยาลัยWaterlooในแคนาดา ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ในรัฐเทนเนสซี และ MIT งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดย MIT Energy Initiative, MIT Deshpande Center for Technological Innovation และ ENN Group
Sadoway ซึ่งเป็นศาสตราจารย์กิตติคุณ John F. Elliott แห่ง Materials Chemistry อธิบาย
"ฉันต้องการคิดค้นสิ่งที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับการจัดเก็บแบบอยู่กับที่ขนาดเล็ก และสำหรับยานยนต์ "
ส่วนผสมสามอย่างสำหรับทำเซลล์แบตเตอรี่ใหม่ ที่เลือก นั้นมีราคาถูกและหาได้ง่าย
- อะลูมิเนียม หาได้ง่ายราคาถูก
- กำมะถันซึ่งมักเป็นของเสียจากกระบวนการต่างๆ เช่น การกลั่นปิโตรเลียม
- เกลือที่หาได้ทั่วไป ส่วนผสมมีราคาถูก และปลอดภัย ไม่สามารถเผาไหม้ได้
ในการทดลอง ทีมวิจัย แสดงให้เห็นว่าเซลล์แบตเตอรี่ใหม่ สามารถทนได้หลายร้อยรอบด้วยอัตราการชาร์จที่สูงเป็นพิเศษ โดยมีค่าใช้จ่ายต่อเซลล์ประมาณหนึ่งในหกของจำนวนเซลล์ลิเธียมไอออน อนึ่ง อัตราการชาร์จขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงานเป็นอย่างมาก โดยที่ 110 องศาเซลเซียส (230 องศาฟาเรนไฮต์) แสดงอัตราที่เร็วกว่า 25 C (77 F) ถึง 25 เท่า
น่าแปลกที่เกลือหลอมเหลวที่ทีมวิจัยเลือกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์เพียงเพราะจุดหลอมเหลวต่ำกลับกลายเป็นข้อได้เปรียบโดยบังเอิญ โดย ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่คือการก่อตัวของ Dendrites ซึ่งเป็นโลหะแหลมที่แคบซึ่งสร้างขึ้นบนอิเล็กโทรดหนึ่งและในที่สุดก็ขยายข้ามเพื่อสัมผัสกับอิเล็กโทรดอีกขั้วหนึ่ง ทำให้เกิดการลัดวงจรและการขัดขวางประสิทธิภาพ ซึ่งเกลือ chloro-aluminate ที่เลือก กำจัด Dendrites ที่เคลื่อนที่ออกไปได้ ในขณะที่ยังช่วยให้ชาร์จได้อย่างรวดเร็วมาก
Sadoway กล่าว “เราทำการทดลองด้วยอัตราการชาร์จที่สูงมาก โดยชาร์จในเวลาน้อยกว่าหนึ่งนาที และเราไม่เคยสูญเสียเซลล์พลังงานเนื่องจากการลัดวงจรของ Dendrites ”
ยิ่งไปกว่านั้น แบตเตอรี่นี้ไม่ต้องการแหล่งความร้อนภายนอกเพื่อรักษาอุณหภูมิในการทำงาน ความร้อนเกิดจากไฟฟ้าเคมีโดยการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ “เมื่อคุณชาร์จ คุณจะสร้างความร้อน และนั่นทำให้เกลือไม่แข็งตัว จากนั้นเมื่อคุณคายประจุ มันจะสร้างความร้อนด้วย”
Sadoway กล่าวว่า สูตรแบตเตอรี่ใหม่นี้เหมาะสำหรับการติดตั้งขนาดเท่าที่จำเป็นในการจ่ายไฟให้กับบ้านเดี่ยวหรือธุรกิจขนาดเล็กถึงขนาดกลาง โดยความจุในการจัดเก็บไม่กี่สิบกิโลวัตต์-ชั่วโมง
สำหรับการติดตั้งที่ใหญ่ขึ้น จนถึงขนาดยูทิลิตี้ตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยเมกะวัตต์ชั่วโมง เทคโนโลยีอื่นๆ อาจมีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น แบตเตอรี่โลหะเหลว ที่ Sadoway และนักเรียนของเขาที่พัฒนาขึ้นเมื่อหลายปีก่อน และเป็นพื้นฐานสำหรับบริษัท Ambri ซึ่งหวังว่า เพื่อส่งมอบผลิตภัณฑ์ชุดแรกภายในปีหน้า
ขนาดที่เล็กกว่าของแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-กำมะถันยังทำให้ใช้งานได้จริง เช่น ใช้กับสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า
Sadoway กล่าว เมื่อยานพาหนะไฟฟ้ากลายเป็นเรื่องธรรมดาบนท้องถนน รถยนต์หลายคันต้องการชาร์จพร้อมกัน ดังที่เกิดขึ้นในปัจจุบันกับปั๊มน้ำมัน ถ้าคุณพยายามทำเช่นนั้นด้วยแบตเตอรี่เดิม และต้องการชาร์จอย่างรวดเร็ว ค่าความต้องการกระแสไฟฟ้าสูงมากจนอาจไม่มีจำนวนกระแสไฟฟ้าเพียงพอ
โดยการมีระบบแบตเตอรี่ใหม่เพื่อเก็บพลังงานแล้วปล่อยอย่างรวดเร็วเมื่อจำเป็น จะช่วยลดความจำเป็นในการติดตั้งสายไฟใหม่ที่มีราคาแพงเพื่อให้บริการชาร์จ
เทคโนโลยีใหม่นี้เป็นพื้นฐานของ บริษัทที่ชื่อว่า Avanti ซึ่งได้รับอนุญาตให้ใช้สิทธิบัตรกับระบบซึ่งร่วมก่อตั้งโดย Sadoway และ Luis Ortiz '96 ScD '00
Sadoway กล่าว ธุรกิจลำดับแรกของบริษัทคือการแสดงให้เห็นว่ามันใช้งานได้จริง จากนั้นจึงนำไปทดสอบความอึด ความอดทน ความสามารถรับวิกฤต (Stress Test) หลายชุด ซึ่งรวมถึงการชาร์จผ่านรอบการชาร์จหลายร้อยรอบ
สำหรับคำถามที่ว่า แบตเตอรี่ที่ใช้กำมะถันจะเสี่ยงต่อการทำให้เกิดกลิ่นเหม็นที่เกี่ยวข้องกับกำมะถันบางรูปแบบหรือไม่?
Sadoway กล่าวว่า กลิ่นไข่เน่าอยู่ในแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์จะถูกปิดไว้ภายในเซลล์
เรียบเรียงจาก
https://news.mit.edu/2022/aluminum-sulfur-battery-0824