- Northvolt พัฒนาเซลล์โซเดียมไอออนเพื่อรองรับความต้องการ ระบบกักเก็บพลังงาน ที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก และได้ตรวจสอบความหนาแน่นพลังงานเกิน 160Wh/kg ที่ Northvolt Labs ใน Västerås ประเทศ Sweden
- เซลล์นี้ใช้ ขั้วลบ hard carbon และ ขั้วบวกที่ใช้ Prussian White เป็นฐาน โดยไม่ใช้ lithium, nickel, cobalt และ graphite
- Northvolt มองว่าเคมีชนิดนี้ปลอดภัยกว่า คุ้มค่ากว่า และยั่งยืนกว่า NMC และ LFP แบบเดิม
- เทคโนโลยีที่พัฒนาร่วมกับ Altris เหมาะกับตลาดกักเก็บพลังงานใน India, Middle East, Africa ฯลฯ ด้วยจุดเด่นด้าน ความปลอดภัยในอุณหภูมิสูง และต้นทุนต่ำ
- รุ่นแรกจะมุ่งเน้นการใช้งานด้านการกักเก็บพลังงาน และรุ่นถัด ๆ ไปอาจขยายไปสู่ การขับเคลื่อนไฟฟ้า ที่คุ้มค่าด้วยความหนาแน่นพลังงานที่สูงขึ้น
องค์ประกอบของเซลล์โซเดียมไอออน 160Wh/kg
- Northvolt เพิ่มแบตเตอรี่โซเดียมไอออนเข้าในพอร์ตโฟลิโอเซลล์ของตน เพื่อขยาย ระบบกักเก็บพลังงาน ที่คุ้มค่าและยั่งยืน
- เซลล์ดังกล่าวได้รับการตรวจสอบที่ Northvolt Labs ใน Västerås ประเทศ Sweden ว่ามีความหนาแน่นพลังงานเกิน 160Wh/kg
- Northvolt ระบุว่าเซลล์ที่ผ่านการตรวจสอบแล้วนี้ปลอดภัยกว่า คุ้มค่ากว่า และยั่งยืนกว่าเคมี NMC แบบเดิมที่ใช้ nickel, manganese, cobalt และเคมี LFP ที่ใช้ iron phosphate เป็นฐาน
- องค์ประกอบของเซลล์มีดังนี้
- ขั้วลบ: hard carbon
- ขั้วบวก: cathode ที่ใช้ Prussian White เป็นฐาน
- วัสดุที่ไม่ใช้: lithium, nickel, cobalt, graphite
- แร่ธาตุที่ใช้เป็นวัสดุที่มีอยู่มากในตลาดโลก เช่น iron และ sodium และ Northvolt วางแผนจะเป็นบริษัทแรกที่ทำให้อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ที่ใช้ Prussian White เป็นฐานออกสู่ตลาดเชิงพาณิชย์
การใช้งานด้านกักเก็บพลังงานเป็นลำดับแรกและการขยายต่อยอด
- เทคโนโลยีโซเดียมไอออนนี้พัฒนาร่วมกับพันธมิตรวิจัย Altris และจะถูกใช้เป็นรากฐานของโซลูชันกักเก็บพลังงานรุ่นถัดไปของ Northvolt
- ด้วยต้นทุนต่ำและ ความปลอดภัยในอุณหภูมิสูง จึงเหมาะอย่างยิ่งกับโซลูชันกักเก็บพลังงานในตลาดอนาคต เช่น India, Middle East, Africa
- สามารถผลิตด้วยวัสดุที่จัดหาได้ในท้องถิ่น จึงช่วยสร้าง ขีดความสามารถการผลิตแบตเตอรี่ระดับภูมิภาค ที่เป็นอิสระจากห่วงโซ่คุณค่าแบตเตอรี่แบบเดิม
- เซลล์โซเดียมไอออนรุ่นแรกของ Northvolt ออกแบบมาสำหรับการกักเก็บพลังงานเป็นหลัก
- รุ่นถัด ๆ ไปอาจให้ความหนาแน่นพลังงานที่สูงขึ้น และขยายไปสู่โซลูชันการขับเคลื่อนไฟฟ้าที่คุ้มค่าได้
- เทคโนโลยีนี้ช่วยเสริมกลุ่มผลิตภัณฑ์เดิมของ Northvolt
- เซลล์แบตเตอรี่ lithium-ion ระดับพรีเมียมสำหรับลูกค้ารถยนต์
- วางอยู่ร่วมกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ lithium-metal สำหรับอากาศยานและยานยนต์สมรรถนะสูงที่ Cuberg ในเครือ Northvolt กำลังพัฒนา
1 ความคิดเห็น
ความเห็นจาก Hacker News
ฤดูร้อนที่ผ่านมา บริษัทฝรั่งเศสแห่งหนึ่งเริ่มจำหน่ายเครื่องมือไฟฟ้าแบตเตอรี่โซเดียมไอออนในร้านฮาร์ดแวร์ขนาดใหญ่
ประกาศจากสถาบันวิจัยแห่งชาติของฝรั่งเศส: https://www.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/batteries-sodium-ion-une-pre...
เครื่องมือไฟฟ้า: https://www.leroymerlin.fr/produits/outillage/outillage-elec...
น่าเสียดายที่ในเรื่องประสิทธิภาพ Wh/kg ผมหาเจอเพียงบทความที่บอกว่าบริษัทเดียวกันนี้สามารถสร้างเซลล์ 90Wh/kgได้ในปี 2017 แต่ถึงอย่างนั้นนี่ก็เป็นผลิตภัณฑ์ที่วางขายจริง ไม่ใช่แค่คำสัญญา
อธิบายว่าจุดแข็งของบริษัทนี้ไม่ใช่ความหนาแน่นพลังงานสูง แต่เป็นการชาร์จเร็วอย่างเช่น ชาร์จเต็มในไม่ถึง 10 นาที
https://www.ecinews.fr/fr/tiamat-energy-lance-la-production-...
ระบุว่าโซเดียมชาร์จได้เร็วกว่า lithium 10 เท่า ปลอดภัยกว่าเพราะมีอุณหภูมิการทำงานต่ำกว่า และมีจำนวนรอบชาร์จมากกว่า lithium ได้สูงสุด 5 เท่า
นอกจากนี้ยังบอกว่าโซเดียมมีอยู่แพร่หลายบนโลกและเข้าถึงได้ง่ายกว่า อีกทั้งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากกระบวนการจัดการก็ต่ำกว่า
ดังนั้นจึงไม่ใช่เทคโนโลยีเดียวกันเสียทีเดียว
vanadium มีราคาพอๆ กับ nickel และมีปริมาณสำรองมากกว่า แต่ปัจจุบันกำลังการผลิตต่อปีต่ำกว่ามาก ทำให้แนวโน้มด้านทรัพยากรระยะยาวยังไม่ชัดเจน
CATL ก็เคยอ้างถึง sodium ferrocyanide หรือ “Prussian white” แต่ด้วยเหตุผลบางอย่างก็ยังผสม lithium สำหรับใช้ในรถยนต์
ถ้ามองแบบประชดประชัน มันอาจเป็น lithium ที่ใช้เพื่อทำให้คุณสมบัติด้านรอบการใช้งานที่ด้อยกว่าของโซเดียมเสถียรขึ้น และถ้ามองในแง่ดี ตอนนี้อาจเป็นเพราะ lithium ยังถูกกว่าจากการประหยัดต่อขนาด
https://web.archive.org/web/20231121142135/https://www.cnrs....
https://web.archive.org/web/20231121142300/https://www.leroy...
ดูเหมือนว่าผมจะโง่เองที่ไปคาดหวังแบบนั้น
ตาม https://www.epectec.com/batteries/cell-comparison.html ค่า 160Wh/kg มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับ Li-po หรือ lithium-ion
เคมีแบตเตอรี่แบบนี้น่าสนใจเพราะทำจากวัสดุที่พบได้ทั่วไป และมีความเสถียรกับปลอดภัยกว่าลิเทียม
เนื่องจากไม่มีการกล่าวถึงในข่าวประชาสัมพันธ์ จึงคาดว่าในแง่ความหนาแน่นพลังงานต่อปริมาตรคงยังแข่งขันไม่ได้
ใน Wikipedia ก็มีตารางเปรียบเทียบเช่นกัน แต่ไม่แน่ใจว่าถูกต้องและอัปเดตแค่ไหน: https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery#Comparison
ขณะที่ลิเทียมมีเพียงประมาณ 0.002%
หากอิงจากเซลล์ที่ผลิตเชิงพาณิชย์ในตอนนี้ Li-po ทำได้ มากกว่า 200Wh/kg และ lithium-ion ก็ทำได้เกิน 250Wh/kg เช่นกัน
ผมไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ ถ้าผิดก็ยินดีให้แก้ไข
ดูเผิน ๆ เหมือนจะไม่ต้องแลกด้วยความหนาแน่นพลังงาน ซึ่งถือว่าใหญ่มาก
จีนครองตลาด graphite และตอนนี้ก็เริ่มควบคุมการส่งออกแล้ว
ถ้าจำไม่ผิด ตอนนี้แบตเตอรี่ลิเทียมและโซเดียมส่วนใหญ่ยังใช้ graphite anode ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ดังนั้นการใช้ hard carbon ของ Northvolt อาจเป็นข้อได้เปรียบมหาศาลในการลดต้นทุนและความเสี่ยงด้านซัพพลายเชน
ส่วน cathode แบบ Prussian White ใหม่นั้นผมยังไม่รู้อะไรนัก เลยรอการวิเคราะห์จากผู้เชี่ยวชาญเกี่ยวกับขั้วบวกและขั้วลบของ Northvolt อยู่
ประกาศของ Northvolt ค่อนข้างระมัดระวังในเรื่องสิ่งที่พร้อมขายได้จริงตอนนี้ แต่ก็ดูเหมือนกำลังเข้าสู่การผลิต ซึ่งเป็นสัญญาณที่ดี
อุปกรณ์กักเก็บพลังงานทั้งบ้านแบบ PowerWall กำลังเริ่มได้รับ traction และแบตเตอรี่ระดับโครงข่ายไฟฟ้าก็ได้เปลี่ยนมุมมองว่าอะไรคือคำว่า “ดีพอ”
ถ้าสามารถวางกระจายบนพื้นที่ 1~3 เอเคอร์ได้ ความหนาแน่นสูงสุดก็ไม่สำคัญนัก ดังนั้นน่าจะเจาะตลาดการใช้งานลักษณะนี้ก่อน
ความต้องการแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานขนาดใหญ่หน้างานสำหรับเครื่องชาร์จรถ EV ก็ดูเป็นหนึ่งในข้อจำกัดของการติดตั้งเครื่องชาร์จใหม่ และความต้องการพลังงานพุ่งชั่วคราวอาจแก้ด้วยเครื่องปั่นไฟดีเซลหน้างานเหมือนที่จุดพักรถบางแห่งในแคลิฟอร์เนียใช้ หรือใช้ battery bank ก็ได้
ผมคิดว่าอย่างหลังดีกว่าในแง่ประสิทธิภาพพลังงานและการบำรุงรักษา
ทำให้นึกถึงมุกว่า “Shin นี่เป็นสัปดาห์ที่ 7 ติดต่อกันแล้วนะที่มีการประกาศสิ่งประดิษฐ์แบตเตอรี่ใหม่”
แต่พูดจริง ๆ ก็ไม่เข้าใจว่าทำไมหัวข้อข่าวแนวแบตเตอรี่คล้าย ๆ กันถึงเยอะขนาดนี้
น่าจะมีบทความที่ไม่ใช่แค่รายงานตอนคิดค้นได้ใหม่ ๆ แต่คอยติดตามต่อด้วยว่าเทคโนโลยีเหล่านี้คืบหน้าในโลกจริงอย่างไร
มีข่าวจากจีนด้วย: https://carnewschina.com/2023/11/20/sodium-ion-batteries-are...
แยกจากประกาศของ Northvolt ถึงแม้จะไม่ค่อยฮือฮาเพราะความหนาแน่นพลังงานไม่เด่น แต่ต้นทุนดูต่ำกว่ามาก
ผลิตจำนวนมากจริงไม่ได้, แพงเกินไปสำหรับผู้ใช้, รอบการชาร์จน้อยเกินไป, จ่ายกระแสได้ไม่พอ, เสถียรภาพความร้อนในอุณหภูมิต่ำ/สูงไม่ดีพอ, ความหนาแน่นพลังงานไม่สูงพอสำหรับการพกพา, อายุการใช้งานสั้น, ชาร์จช้า, วัสดุมีพิษเกินไป, เสี่ยงไฟไหม้หรือระเบิดสูง, ความก้าวหน้าเล็กเกินไป, เคยลองเมื่อ 20 ปีก่อนแล้วไม่เวิร์ก, หรือกว่าจะออกสู่ตลาด lithium-ion ก็อาจพัฒนาไปถึงระดับนั้นแล้ว
ผมสงสัยว่าข้อดีของแบตเตอรี่โซเดียมคืออะไร
แบตเตอรี่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของไอออนระหว่างขั้วไฟฟ้า แต่โซเดียมไอออนมีขนาดใหญ่กว่ามาก ทำให้ระหว่างชาร์จน่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของขั้วมากกว่า และผลคือทั้งความหนาแน่นก็ต่ำกว่าและ รอบการชาร์จ ก็น่าจะน้อยกว่ารุ่นลิเทียม
มันดูไม่เหมาะที่สุดทั้งสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าและงานเคลื่อนที่ และการใช้งานที่ผมนึกออกมีแค่ของใช้แล้วทิ้งราคาถูกมาก ซึ่งก็เป็นสัญญาณที่ไม่ดีต่อสิ่งแวดล้อม
ข้อเสียคือความหนาแน่นพลังงานค่อนข้างต่ำกว่า และประสิทธิภาพก็ด้อยลงเล็กน้อย
CATL ผลิตแบตเตอรี่ sodium-ion มาระยะหนึ่งแล้ว และจนถึงตอนนี้ดูเหมือนจะถูกใช้ในรถ EV จีนราคาประหยัดเป็นส่วนใหญ่
ยังไม่ค่อยเข้าสู่ตลาดยุโรปหรืออเมริกาเหนือมากนัก ซึ่งเหตุผลหนึ่งอาจเป็นเพราะยังมีโรงงานแบตเตอรี่ sodium-ion นอกจีนไม่มากพอ
Northvolt ดูเหมือนกำลังพยายามเปลี่ยนเรื่องนี้
มันน่าจะแข่งขันกับเคมีแบตเตอรี่อื่นอย่าง LFP และถูกใช้หลัก ๆ ในรถราคาประหยัดกับการกักเก็บพลังงานในโครงข่ายไฟฟ้า
เพราะถูกกว่า ปลอดภัยกว่า และน้ำหนักไม่สำคัญ
แต่สำหรับรถยนต์อาจยังไม่ดีนัก เพราะหนักกว่า
แม้จะต้องยอมเสียคุณสมบัติบางอย่าง ก็ยังมีตัวเลือกที่ถูกกว่าและผลิตง่ายกว่าน้อยเกินไป
ตอนนี้บน HN มีอีกโพสต์หนึ่งพูดถึงการจำกัดการชาร์จแบตเตอรี่ lithium-ion ไว้ที่ 20~80% ของความจุ
ผมสงสัยว่าแบตเตอรี่ที่ใช้เคมีแบบ sodium-ion ก็มีข้อจำกัดหรือคำแนะนำแบบนี้ด้วยไหม
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและแบตเตอรี่ AGM ไม่แนะนำให้ลดต่ำกว่า 50% ของความจุ
ในที่สุดก็เป็นเรื่องน่ายินดีที่ได้เห็นนวัตกรรมแบตเตอรี่จากยุโรป
ทำให้พอมีความหวังว่ายุโรปจะยังคงมีบทบาทต่อไปได้ในด้านพลังงานแบตเตอรี่และอุตสาหกรรมยานยนต์ในอนาคต
John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, Akira Yoshino ได้รับรางวัลจาก “การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน”
[0]: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/summary/
ระหว่าง BYD Dolphin, Kia eNiro และ VW ID.3 นั้น หากไม่นับเรื่องราคา ก็แทบไม่มีความแตกต่างที่เป็นสาระสำคัญมากนัก
ครั้งหนึ่งเครื่องยนต์สันดาปภายในเคยเป็นจุดสร้างความแตกต่าง แต่ตอนนี้ไม่ใช่อีกแล้ว
งานวิจัยต้นฉบับที่ดูเหมือนจะเป็นพื้นฐานของการพัฒนานี้ตีพิมพ์ในปี 2015 และหากนำชื่อเรื่องไปวางใน sci-hub ก็สามารถหาอ่านได้: “Rhombohedral Prussian White as Cathode for Rechargeable Sodium-Ion Batteries”
เป็นโครงการที่ได้รับการสนับสนุนจาก ARPA-E และสิ่งที่สะดุดตาคือมีงานวิจัยบางส่วนทำที่ Lawrence Berkeley National Labs
เนื่องจากกำลังมองหาโครงสร้างที่เข้ากันได้กับเทคโนโลยีการผลิตแบตเตอรี่เดิม จึงใกล้เคียงงานวิจัยเชิงประยุกต์มากกว่างานวิจัยพื้นฐาน
บทความอธิบายว่าความเข้มข้น Na ที่สูงช่วยแก้ปัญหาการขาดโซเดียมแบบเดิม และสามารถประกอบเข้ากับแอโนดฮาร์ดคาร์บอนโดยตรงเพื่อสร้างเซลล์เต็มได้ จึงมีความสำคัญต่อการผลิตแบตเตอรี่โซเดียมไอออนแบบขยายขนาดได้ที่เข้ากันได้กับโครงสร้างพื้นฐานแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนในปัจจุบัน
นับจากการประกาศผลวิจัยจนถึงการพัฒนาเชิงพาณิชย์และได้ผลิตภัณฑ์ที่พร้อมส่งมอบ ก็กินเวลาราว 8 ปี ซึ่งก็ไม่แน่ใจว่าสำหรับเวนเจอร์แคปิทัลจะถือเป็นช่วงเวลาคืนทุนที่น่าพอใจหรือไม่
จีนมีแผนจะนำ แบตเตอรี่โซเดียมไอออน จำนวนมากเข้าสู่การผลิตตั้งแต่ปีนี้
สำหรับผม น้ำหนักและความหนาแน่นของแบตเตอรี่สำคัญน้อยกว่าจำนวนรอบชาร์จและต้นทุน
เพราะมีแต่แบบนั้นถึงจะเบียดการผลิตไฟฟ้าที่ปล่อยคาร์บอนมากกว่าออกไปได้ในด้านราคา
https://carnewschina.com/2023/11/20/sodium-ion-batteries-are...
ข้อดีที่อ้างไว้เขียนออกมาแบบชวนขำโดยไม่ตั้งใจ เช่น ปลอดภัยกว่า, มีจำนวนรอบเทียบเท่า LiFePo, ความจุดีกว่ามากในอุณหภูมิต่ำ, เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เป็นต้น
ดูเหมือนว่าต้องฟังหูไว้หูอย่างมาก
ราคาก็ยังแพงกว่า LiFePo ราว 50%
ในภาพสินค้าหลายชิ้นมีทิวทัศน์ฤดูหนาวกลางแจ้งอยู่ด้วย จึงดูเหมือนว่าสมรรถนะในอุณหภูมิต่ำมากคือจุดขายหลัก
โซเดียมไอออนคงยากจะส่งผลต่อตลาดนั้นอย่างมีนัยสำคัญ จนกว่าราคาจะต่ำกว่า LFP
แม้จะเป็นความก้าวหน้าที่ดี แต่ก็ยังห่างไกลจากเกือบ 3.5kWh ที่ เซลล์เชื้อเพลิงโซเดียมโลหะ อาจทำได้
อุปกรณ์แบบนั้นอธิบายไว้ในสิทธิบัตรที่หมดอายุแล้ว US3730776A และมีสำเนาอยู่ที่นี่: https://orgpad.com/file/DrCoHGH6xJJqraDeusqrtS?token=D6S5Bow...
อุปกรณ์คล้ายกันที่ผลิตกระแสไฟฟ้าก็สามารถทำเองในโรงรถได้
ตอนนี้มีไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์และลมถูกทิ้งไปมากทั่วโลก เพราะยังไม่มีวิธีเก็บที่คุ้มค่า
เท่าที่เช็กล่าสุด แบตเตอรี่ LiFePO4 ยังมีราคามากกว่า 100 ดอลลาร์ต่อ kWh และ Powerwall ที่ใช้งานได้จริงก็ราคาเท่ารถคันเล็กหนึ่งคัน แถมยังมีความเสี่ยงไฟไหม้สูง
นอกเหนือจากรถยนต์ โดรน และโทรศัพท์มือถือ เรายังต้องการแบตเตอรี่ราคาถูก ปลอดสารพิษ และไม่ติดไฟอย่างมากสำหรับการติดตั้งใช้งานในวงกว้าง
แบตเตอรี่ที่ประกาศออกมานี้ก็ดูเหมือนอาจตรงกับเงื่อนไขนั้นได้
https://cuberg.net/
โซเดียมไอออนเป็นเทคโนโลยีที่มุ่งหวังต้นทุนต่ำสำหรับการใช้งานแบบอยู่กับที่ซึ่งน้ำหนักและขนาดสำคัญน้อยกว่า กล่าวคือระบบกักเก็บพลังงานระดับโครงข่ายไฟฟ้า
มีคำขยายมากเกินไป
บอกว่าคุ้มค่ากว่า ดีกว่าในหลายด้าน แต่ไม่มีเลยว่า ดีกว่าแค่ไหน และเทียบกับอะไร
ตอนนี้ก็คงเริ่มมีบทความกับวิดีโอ YouTube แนว “อาจเข้าไปอยู่ในรถ EV คันถัดไปของคุณเร็วกว่าที่คิด” แล้ว
CATL ก็เคยอ้าง 160Wh/kg เมื่อ 2 ปีก่อน แต่ผลิตภัณฑ์ที่ทำออกมาจริงน่าจะใกล้ 120Wh/kg มากกว่า
ไม่มีข้อมูลเรื่อง จำนวนรอบชาร์จ และ “ความปลอดภัยที่อุณหภูมิสูง” ก็น่าสนใจน้อยกว่าสเปกช่วงอุณหภูมิการทำงานจริง