แบตเตอรี่โซเดียม: ทางเลือกใหม่ในด้านการจัดเก็บพลังงาน

ด้วยความต้องการพลังงานหมุนเวียนและพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก โซลูชันพลังงานที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนจึงมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากทรัพยากรลิเธียมมีไม่เพียงพอ แบตเตอรี่โซเดียม ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากแวดวงวิชาการและอุตสาหกรรมทั้งในประเทศและต่างประเทศตั้งแต่ปี 2010 และงานวิจัยที่เกี่ยวข้องก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว 

ปัจจุบัน แบตเตอรี่โซเดียมได้พัฒนาจากขั้นการทดลองในห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานในท้องตลาด บริษัทหลายแห่งทั่วโลก เช่น Ningde Times ของจีนและ Kishida Chemical ของญี่ปุ่น ได้เริ่มวางโครงร่างอุตสาหกรรมสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมแล้ว 

ในเดือนมิถุนายน 2018 บริษัทจีนชื่อ ZhongkeHaina ได้เปิดตัวรถยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำที่ใช้แบตเตอรี่โซเดียม (72V, 80Ah) รุ่นแรกของโลก และในเดือนมิถุนายน 2021 บริษัทได้เปิดตัวระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่โซเดียม 1MWh 

บทความนี้จะสำรวจคุณลักษณะ ข้อดี มูลค่าทางการค้า และแนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของแบตเตอรี่โซเดียม

สารบัญ
แบตเตอรี่โซเดียมทำงานอย่างไร
ข้อดีและลักษณะของแบตเตอรี่โซเดียม
ขอบเขตการใช้งานของแบตเตอรี่โซเดียม
แนวโน้มตลาดและแนวโน้มการพัฒนาแบตเตอรี่โซเดียม
สรุป

แบตเตอรี่โซเดียมทำงานอย่างไร

แบตเตอรี่โซเดียมเป็นแบตเตอรี่สำรอง (แบบชาร์จซ้ำได้) ที่อาศัยการเคลื่อนที่ของไอออนโซเดียมระหว่างขั้วบวกและขั้วลบเพื่อให้ทำงานได้ แบตเตอรี่โซเดียมประกอบด้วยขั้วบวก ขั้วลบ ตัวเก็บกระแสไฟฟ้า อิเล็กโทรไลต์ และตัวแยก 

หลักการทำงานของแบตเตอรี่โซเดียมนั้นคล้ายคลึงกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ ไอออนโซเดียมจะเคลื่อนที่ไปมาระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อทำการชาร์จ ไอออนโซเดียมจะถูกแยกออกจากขั้วไฟฟ้าบวกและฝังลงในขั้วไฟฟ้าลบผ่านอิเล็กโทรไลต์ ในระหว่างการปล่อยประจุ กระบวนการจะย้อนกลับ โดยไอออนโซเดียมจะถูกแยกออกจากขั้วไฟฟ้าลบ ผ่านอิเล็กโทรไลต์และแทรกซึมเข้าไปในวัสดุของขั้วไฟฟ้าบวก ทำให้ขั้วไฟฟ้าบวกกลับคืนสู่สถานะที่มีโซเดียมสูง

ข้อดีและลักษณะของแบตเตอรี่โซเดียม

เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม แบตเตอรี่โซเดียมจะมีข้อได้เปรียบและคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะบางประการ

ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่โซเดียมมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ แบตเตอรี่โซเดียมส่วนใหญ่ผลิตจากเกลือโซเดียม ซึ่งมีอยู่มากมายและราคาถูกกว่าเกลือลิเธียม นอกจากนี้ แบตเตอรี่โซเดียมยังใช้วัสดุที่มีส่วนประกอบของแมงกานีส-นิกเกิลเป็นอิเล็กโทรดบวก ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้โคบอลต์หรือโลหะนิกเกิลที่หายากและมีราคาแพง ทำให้ต้นทุนวัสดุลดลงอีก ดังนั้น ต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่โซเดียมโดยรวมจึงค่อนข้างต่ำ

ประการที่สอง แบตเตอรี่โซเดียมมีความปลอดภัยสูงมาก เนื่องจากมีความต้านทานภายในสูงกว่า จึงทำให้เกิดความร้อนน้อยลงเมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจร ดังนั้น แบตเตอรี่จึงมีเสถียรภาพมากขึ้นในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ และมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยน้อยลง เช่น จากการติดไฟหรือการระเบิด นอกจากนี้ แบตเตอรี่โซเดียมสำหรับเก็บพลังงานยังมีข้อจำกัดด้านอุณหภูมิในการใช้งานน้อยกว่า และสามารถทำงานได้ตามปกติแม้ในอุณหภูมิที่สูงหรือต่ำ

ประการที่สาม แบตเตอรี่โซเดียมเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า เนื่องจากไม่มีองค์ประกอบโลหะหนักหรือสารพิษ เช่น ตะกั่วและปรอท เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น แบตเตอรี่โซเดียมยังมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าในระหว่างการผลิต การใช้งาน และการรีไซเคิล

ประการที่สี่ มีอายุการใช้งานยาวนาน แบตเตอรี่โซเดียมสามารถชาร์จได้หลายพันครั้งหรือมากกว่า ซึ่งสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดหรือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมอย่างมาก ดังนั้น การใช้แบตเตอรี่โซเดียมจึงสามารถลดต้นทุนการเปลี่ยนแบตเตอรี่และต้นทุนการบำรุงรักษาได้

ขอบเขตการใช้งานของแบตเตอรี่โซเดียม

ข้อเสียอย่างหนึ่งของแบตเตอรี่โซเดียมคือเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมแล้ว แบตเตอรี่โซเดียมมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่า ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่โซเดียมมักจะต้องใช้พื้นที่มากกว่าสำหรับพลังงานที่เก็บไว้ในปริมาณเท่ากัน และมีข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับพื้นที่ใช้งาน ดังนั้น จึงคาดว่าแบตเตอรี่โซเดียมจะถูกนำไปใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำเป็นอันดับแรก เมื่ออุตสาหกรรมนี้เติบโตขึ้น ก็มีแนวโน้มว่าแบตเตอรี่โซเดียมจะค่อยๆ ถูกนำมาใช้งานในสถานการณ์การจัดเก็บพลังงาน เช่น การจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน การจัดเก็บพลังงานในครัวเรือน และการจัดเก็บพลังงานในระดับโครงข่ายไฟฟ้า เป็นต้น

แม้จะมีความจุที่ลดลง แต่ประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่โซเดียมก็ยังดีกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ภายใต้กระแสการพัฒนาสีเขียวและการปกป้องสิ่งแวดล้อมทั่วโลก การเปลี่ยนแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดอายุสั้นที่ก่อมลพิษสูงด้วยแบตเตอรี่โซเดียมดูเหมือนจะกลายเป็นกระแสทั่วไป การนำแบตเตอรี่โซเดียมมาใช้ในเชิงอุตสาหกรรมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่คาดว่าต้นทุนที่ตามมาจะลดลงและในที่สุดก็จะต่ำกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ทำให้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ได้

นอกจากนี้ เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและมีอายุการใช้งานยาวนาน แบตเตอรี่โซเดียมจึงมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวในระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับระบบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม ระบบกักเก็บพลังงานที่สร้างขึ้นโดยใช้แบตเตอรี่โซเดียมสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานได้อย่างประหยัดและเชื่อถือได้มากกว่า ดังนั้น แบตเตอรี่โซเดียมจึงมีบทบาทสำคัญในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินจากแหล่งพลังงานใหม่ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ความไม่เสถียรของแหล่งพลังงานหมุนเวียนเหล่านี้ทำให้ปริมาณพลังงานมีความผันผวน ทำให้แบตเตอรี่โซเดียมเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับกักเก็บพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินจากแหล่งพลังงานใหม่

แนวโน้มตลาดและแนวโน้มการพัฒนาแบตเตอรี่โซเดียม

เนื่องจากมีการให้ความสำคัญกับการพัฒนาอย่างยั่งยืนและแหล่งพลังงานสะอาดมากขึ้น โอกาสทางการตลาดของแบตเตอรี่โซเดียมจึงกว้างขวางขึ้น และมีแนวโน้มที่จะมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานในอนาคต ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วในสาขาการกักเก็บพลังงานและยานยนต์ไฟฟ้า จึงมีพื้นที่มากมายสำหรับการขยายตลาดแบตเตอรี่โซเดียม

ดังนั้น การแข่งขันเพื่ออิทธิพลของตลาดในด้านแบตเตอรี่โซเดียมจะกลายเป็นสนามรบใหม่สำหรับเทคโนโลยีพลังงานระดับโลกในทศวรรษหน้า และจะยังคงเป็นจุดศูนย์กลางของการลงทุนในตลาดหลักและตลาดรองต่อไป ตามการคาดการณ์ของ EVTank กำลังการผลิตเฉพาะของสายการผลิตแบตเตอรี่โซเดียม 135GWh จะเกิดขึ้นทั่วทั้งห่วงโซ่อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ไฟฟ้าภายในปี 2023 ในขณะที่ปริมาณการขนส่งแบตเตอรี่โซเดียมจริงคาดว่าจะถึง 347GWh ภายในปี 2030 จากการคำนวณนี้ ตั้งแต่ปี 2024 ถึงปี 2030 อัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้นของการขนส่งแบตเตอรี่โซเดียมคาดว่าจะอยู่ที่ 58.1% 

ปัจจุบัน เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องในห่วงโซ่อุตสาหกรรมแบตเตอรี่โซเดียมยังคงอยู่ในช่วงพัฒนา ในระยะเริ่มต้นของการผลิตแบตเตอรี่โซเดียมจำนวนมากในระดับอุตสาหกรรม จำเป็นต้องให้ความสำคัญสองประเด็น ประการแรกคือการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ รวมถึงการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานและอายุการใช้งาน ในบรรดาเส้นทางเทคโนโลยีทั้งหมดในปัจจุบัน ระบบคาร์บอนแข็งออกไซด์แบบเป็นชั้นมีความหนาแน่นของพลังงานสูงสุด และคาดว่าจะเริ่มนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ก่อน คาดว่าความหนาแน่นพลังงานต่ำของเส้นทางสีน้ำเงินปรัสเซีย (สีขาว) และโพลีแอนไอโอนิกจะค่อยๆ ปรับปรุงขึ้นตามความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของผู้ผลิตหลัก ทำให้มีตัวเลือกมากขึ้นสำหรับวัสดุแคโทดแบตเตอรี่โซเดียม 

ประการที่สอง จำเป็นต้องลดค่าใช้จ่ายสำหรับการผลิตในปริมาณมากด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีอายุมากขึ้น ต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่โซเดียมยังไม่เป็นประโยชน์ต่อผู้ผลิต อย่างไรก็ตาม เมื่อผู้ผลิตหลักค่อยๆ เพิ่มผลผลิตและการผลิตในระยะหลังเริ่มอิ่มตัว คาดว่าต้นทุนของแบตเตอรี่โซเดียมจะลดลงเหลือเท่ากับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ทำให้ได้เปรียบทางการแข่งขันมากขึ้น

สรุป

โดยสรุป แบตเตอรี่โซเดียมซึ่งเป็นเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานรุ่นใหม่มีมูลค่าทางการค้าและแนวโน้มการพัฒนาที่สำคัญ ด้วยต้นทุนที่ต่ำ ความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุง อายุการใช้งานที่ยาวนาน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำและการกักเก็บพลังงานหมุนเวียน คาดว่าตลาดแบตเตอรี่โซเดียมจะยังคงเติบโตต่อไป เนื่องจากทั่วโลกให้ความสำคัญกับการพัฒนาอย่างยั่งยืนและพลังงานสะอาดมากขึ้น และสุดท้าย เมื่อเทคโนโลยียังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่โซเดียม คาดว่าจะมีการประยุกต์ใช้งานในวงกว้างมากขึ้นในด้านต่างๆ เช่น แบตเตอรี่แบบพกพา ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการพัฒนาที่กว้างขวางยิ่งขึ้น