โซเดียมไอออนแบตเตอรี่ : จากพื้นฐานสู่ระดับอุตสาหกรรม

เป็นที่รู้กันดีนะครับว่า ในตอนนี้ ลิเทียมไอออนแบตเตอรี่ (Lithium Ion Batteries) ได้รับการยอมรับและใช้งานอย่างกว้างโดยเฉพาะในรถยนต์ไฟฟ้าที่มีความต้องการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งก็ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่ๆ เพื่อแทดแทนและแก้ปัญหาของลิเทียมไอออนแบตเตอรี่ซึ่งมีราคาที่แพง ความปลอดภัยหรือความทนทานต่อสภาพการใช้งานที่ต่ำ ซึ่งหนึ่งในเทคโนโลยีนั่นก็คือ โซเดียมไอออนแบตเตอรี่ (Sodium Ion Batteries) นั่นเอง ซึ่งได้เปรียบในเรื่องของราคาที่ต่ำกว่า ทนทานต่อทุกสภาพการใช้งาน มีความปลอดภัยสูงกว่า และอายุการใช้งานที่นานกว่า

ในปี 2021, บริษัท CATL หรือ Contemporary Amperex Technology Co. Limited บริษัทผู้ผลิตและพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ชั้นนำของจีน ซึ่งเป็นบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ที่สุดของโลกได้ประกาศข่าวว่าพวกเขาจะเริ่มผลิตเซลล์โซเดียมไอออน (sodium-ion cells) ขนาดใหญ่เพื่อตอบสนองต่อความต้องการในการพัฒนาแบตเตอรี่ในปัจจุบัน การประกาศนี้เป็นการเคลื่อนไหวที่ทำให้เทคโนโลยีแบตเตอรี่และพลังงานไฟฟ้าเติบโตอย่างรวดเร็ว

ในปี 2023 บริษัท ฟาราซิสเอนเนอร์จี Farasis Energy (Ganzhou) Co., Ltd. เป็นบริษัทผลิตแบตเตอรี่จากประเทศจีนที่มีความเชี่ยวชาญในการผลิตและพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ได้จัดหาแบตเตอรี่โซเดียมไอออนให้กับบริษัทเจียงหลิงมอเตอร์ Jiangling Motors Electric Vehicle (JMEV) เพื่อผลิตรถยนต์ไฟฟ้ารุ่น T03 ที่ใช้โซเดียมไอออนแบตเตอรี่เป็นครั้งแรกได้สำเร็จ

ซึ่งหลังจากนั้นมาโซเดียมไอออนแบตเตอรี่มักจะถูกพูดถึงบ่อย ๆ ในสื่อต่างๆนะครับ ว่าเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่จะมาแทนที่ลิเทียมไอออนแบตเตรี่ทั้งในรถยนต์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้าภายในบ้าน อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าโซเดียมไอออนแบตเตอรี่จะมีข้อดีหลายๆ อย่างเหนือกว่าลิเทียมไออออนแบตเตอรี่ แต่ก็มีหลายๆ อย่างที่ด้อยกว่าลิเทียมไอออนแบตเตอรี่อย่างมากเหมือนกันครับ

ซึ่งในบทความนี้เราจะอธิบายถึงพื้นฐาน ข้อได้เปรียบและข้อเสีย วิธีการผลิต การใช้งานที่เหมาะสมของแบตเตอรี่ชนิดนี้เทียบกับลิเทียมไอออนแบตเตอรี่ และยังรวมถึงอุตสาหกรรมของแบตเตอรี่ชนิดนี้ในปัจจุบันและอนาคตด้วยครับ

ส่วนประกอบและการทำงานของโซเดียมไอออนแบตเตอรี่

โดยพื้นฐานแล้วส่วนประกอบของโซเดียมไอออนแบตเตอรี่จะมีความคล้ายคลึงกันกับลิเทียมไอออนแบตเตอรี่ ซึ่งประกอบด้วย ขั้วบวก (Cathode) ขั้วลบ (Anode) ในส่วนของขั้วบวกและขั้วลบจะมีวัสดุกักเก็บประจุ (active materials) ซึ่งอยู่ในรูปผง (Powders) ขนาดไมโครเมตร วัสดุที่ใช้เป็นวัสดุกักเก็บประจุนั้นมีหลายชนิด จะขึ้นอยู่กับการออกเซลล์แบตเตอรี่ ซึ่งจะมีข้อดีข้อเสียแตกต่างกัน

สำหรับขั้วลบนิยมใช้เป็นคาร์บอนแข็ง (Hard Carbon) แทนที่จะเป็นแกรไฟต์เหมือนในลิเทียมไอออนแบตเตอรี่ เนื่องจาก โซเดียมไอออน (Na+) มีขนาดใหญ่กว่า ลิเทียมไอออน(Li+) และสำหรับขั้วบวกสามารถเลือกใช้ได้หลายประเภท โดยแบ่งโครงสร้างผลึกได้เป็น 3 รูปแบบ คือ เลเยอร์ออกไซ์ (layered oxides) โพลีแอนไอออน (polyanion) และ พรุสเซียนบลู (Prussian blue)

ที่ถูกกั้นด้วยฉนวนไฟฟ้าที่เรียกว่า ตัวคั่นแบตเตอรี่ (Separator) และมีสารละลายอิเล็กโตรไลต์ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนำไอออนโซเดียมระหว่างขั้วบวกกับขั้วลบ

สำหรับโลหะตัวนำไฟฟ้า (current colector) ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนำและรวบรวมกระแสไฟฟ้าจากวัสดุกักเก็บประจุของโซเดียมไอออนแบตเตอรี่จะใช้โลหะอลูมิเนียมทั้งในขั้วบวกและขั้วลบ ซึ่งจะแตกต่างจากลิเทียมไอออนที่ใช้โลหะอลูมิเนียมในขั้วบวก และใช้โลหะทองแดงเป็นขั้วลบ ซึ่งฟังดูแล้วอาจจะฟังดูแปลกๆ แต่ก็ถือว่าเป็นข้อดีอย่างหนึ่งโซเดียมไอออนแบตรี่ด้วยครับ ทั้งนี้เนื่องจากเวลาใช้โลหะทองเป็นขั้ว