นี่คือภาพรวมของอนาคตอันใกล้ของเทคโนโลยีแบตเตอรี่

เมื่อพันเอกเบรนท์ วิลสันขึ้นเป็นผู้บัญชาการฐานที่แคมป์สมิธในโออาฮู เขาถูกส่งไปประจำการในสงครามอ่าวและอิรัก และเป็นผู้นำปฏิบัติการป้องกันประเทศจำนวนมากในโคโซโว แต่ศัตรูที่เขาเผชิญที่ฐานทัพฮาวายนั้นแตกต่างไปจากศัตรูที่เขาเคยเห็นในสนามรบในฐานะนักบินเฮลิคอปเตอร์ของนาวิกโยธิน เขาต้องต่อสู้กับโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานที่เก่าแก่ซึ่งมักถูกเหยียบย่ำด้วยสภาพอากาศเขตร้อน

“โครงข่ายไฟฟ้าทั้งหมดขัดข้องเป็นประจำและทำให้เราต้องเลิกกิจการ” วิลสันอธิบาย ซึ่งในขณะนั้นก็เป็นส่วนหนึ่งของทีมที่รับผิดชอบปฏิบัติการด้านการป้องกันทั่วแปซิฟิก “คุณไม่สามารถมีสิ่งนั้นได้จริงๆ”

แต่การต่อสู้กับโครงสร้างพื้นฐานที่ไม่ดีก็มีพันธมิตรที่ถูกใช้งานน้อยเกินไป นั่นก็คือ ซันไลท์ Wilson เริ่มแคมเปญที่จะติดตั้ง แผงเซลล์แสงอาทิตย์ และแบตเตอรี่อุตสาหกรรมที่สามารถเก็บส่วนสำคัญของการปฏิบัติงานออนไลน์เมื่อเกิดพายุ ประสบการณ์นั้นช่วยให้เขาก้าวไปสู่อาชีพที่สองในที่สุด นั่นคือการขายแบตเตอรี่ที่ใหญ่พอที่จะจ่ายไฟให้บ้านของคุณโดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้า

แบตเตอรี่บูม

ตลาดแบตเตอรี่ขยายตัวอย่างรวดเร็วในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอีก 12% ในอีกห้าปีข้างหน้า หน่วยสืบราชการลับมอร์ดอร์. ภายในปี 2568 ตลาดจะมีมูลค่าถึง 90 พันล้านดอลลาร์ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา บริษัทต่างๆ เช่น Tesla, Dyson และ Daimler ต่างก็ลงทุนหลายพันล้านดอลลาร์ในอุตสาหกรรมนี้ ไม่ว่าจะซื้อบริษัทขนาดเล็กหรือสร้างโรงงานใหม่ก็ตาม ถ้า ฉากคลาสสิกนั้นจาก บัณฑิต ถูกถ่ายทำในวันนี้ คำแนะนำด้านอาชีพคำเดียวที่มอบให้กับตัวละครของดัสติน ฮอฟฟ์แมน ไม่ใช่ "พลาสติก" แต่เป็น "แบตเตอรี่"

อะไรจะขับเคลื่อนการเติบโตทั้งหมดนั้น? ราคาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลดลง เครื่องใช้ไฟฟ้าส่วนบุคคล และรถยนต์ไฟฟ้าปั่นป่วน และเหนือปัจจัยอื่นๆ เจ้าของบ้านและบริษัทพลังงานที่ต้องการกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมจำนวนมากขึ้น พลังงาน.

พร้อมกับการเติบโตนั้นยังมาพร้อมกับของเสียมากมาย น่าเสียดายที่แบตเตอรี่ส่วนใหญ่หมดสภาพในการฝังกลบ อัตราการรีไซเคิลเซลล์ลิเธียมไอออนนั้นน่ากลัว: ประมาณ 5% สำหรับสหรัฐอเมริกาและสหภาพยุโรป นักวิจัยกำลังค้นหาวิธีทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถรีไซเคิลได้มากขึ้น แต่ถึงแม้จะเป็นเช่นนั้น เราก็ยังต้องทำ เปลี่ยนนิสัยของผู้คนและองค์กรที่ไม่รีไซเคิลแบตเตอรี่เลย และกำจัดทิ้งโดยทิ้งลงในถังขยะ ขยะ.

นอกจากนี้ ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าลิเธียมมีอยู่ในปริมาณที่จำกัด แม้ว่าจะมีการถกเถียงกันถึงขีดจำกัดก็ตาม การทำเหมืองแร่และโคบอลต์ (ซึ่งมักใช้สำหรับขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน) เกิดขึ้นที่สภาพแวดล้อมสูงและ ต้นทุนของมนุษย์. นอกจากนี้ราคาของโคบอลต์ยังเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา

ทั้งหมดนี้ทำให้เกิดคำถาม: มีแบตเตอรี่ที่ถูกกว่าและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่านี้หรือไม่? เราจะใช้สิ่งที่ดีกว่านี้ได้ไหม? อนาคตจะเป็นอย่างไร?

หลายๆคนกำลังค้นคว้าเกี่ยวกับ ความเป็นไปได้. ตั้งแต่ปี 1990 มากกว่า 300,000 สิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ ได้รับการยื่น (มากกว่า 30,000 ในปี 2560 เพียงอย่างเดียว) แม้ว่าสิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีลิเธียมไอออน แต่ก็มีงานอีกมากที่กำลังดำเนินการกับอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต แอโนดที่ใช้ซิลิคอน ลิเธียม-อากาศ กราฟีน และตัวเลือกอื่นๆ ซึ่งบางส่วนเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และตัวเลือกอื่นๆ ที่ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมดีไปกว่าลิเธียมไอออน แต่อาจจะมากกว่านั้น มีประสิทธิภาพ.

แม้ว่าแบตเตอรี่ประเภทใหม่เหล่านี้ส่วนใหญ่อาจจะไม่วางตลาดอย่างกว้างขวางเท่ากับลิเธียมไอออน (อย่างน้อยในอีกสองสามทศวรรษข้างหน้า) แต่แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถรองรับตลาดเฉพาะกลุ่มขนาดใหญ่ได้ นี่คือบางส่วนที่เป็นที่นิยม

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

ไม่นานหลังจากนั้น พ.อ. Wilson เกษียณจากกองทัพ ผู้บริหารจากบริษัทแผงโซลาร์เซลล์แห่งหนึ่งขอให้เขาทุ่มเทให้กับการซื้อกิจการกักเก็บพลังงานเป็นเวลาหลายปี ความรู้ (กองทัพเป็นหนึ่งในผู้ใช้แบตเตอรี่รายใหญ่ที่สุดในโลก) เดินทางไปงาน CES ในลาสเวกัส และสำรวจพืชผลในปัจจุบัน แบตเตอรี่ หลังจากการเดินทาง เขาได้สร้างสเปรดชีตขนาดใหญ่เพื่ออธิบายว่าทำไมเขาถึงไม่พอใจกับตัวเลือกที่เขาเห็น แบตเตอรี่ที่ดีที่สุดมีราคาสูงเกินไปสำหรับเจ้าของบ้านโดยเฉลี่ย ($30,000 บวก) หรือมีพลังงานไม่เพียงพอ แล้วเขาก็ได้ร่วมงานกับ นีโอโวลต้า เพื่อสร้างแถวแบตเตอรี่ ซึ่งโดยปกติจะมีราคาเป็นเลขสองหลักที่ต่ำมาก

หัวหน้าฝ่ายเคมีที่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อมจะบอกคุณได้อย่างรวดเร็ว ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต การจัดเก็บพลังงานเป็นเพียงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอีกประเภทหนึ่ง แม้ว่าจะมีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นบางประการ: ราคาถูกกว่า มี พลังงานที่หนาแน่นมากขึ้น อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และจะไม่ติดไฟหากอวัยวะภายในแตก (ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้กับลิเธียมไอออน แบตเตอรี่) ข้อเสีย? มันหนักมาก (ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจะดีกว่าถ้ามันนั่งอยู่ที่ระเบียงหลังบ้านและไม่ใช่ในโทรศัพท์ของคุณ) เคสนี้ยังคงมีลิเธียมอยู่ และเส้นทางการรีไซเคิลยังไม่ชัดเจน

ด้วยเหตุนี้ มีเพียงไม่กี่รายเท่านั้นที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ซึ่งทำให้ยากที่จะทราบว่าอัตราการรีไซเคิลนั้นดีเพียงใด นักวิจัยบางคนแย้งว่าแยกเป็นส่วนประกอบได้ง่ายกว่า

ลิเธียมซัลเฟอร์

ผู้เชี่ยวชาญบางคนกำลังวางเดิมพันกับการจัดเก็บพลังงานลิเธียม-ซัลเฟอร์เพื่อทดแทนลิเธียมไอออน เนื่องจากแบตเตอรี่มีแนวโน้มที่จะเบากว่าและมีพลังงานหนาแน่นมากกว่า ซัลเฟอร์ยังมีอยู่มากมายและราคาถูกกว่า

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและแบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์ทำงานแตกต่างกันอย่างไร ศาสตราจารย์ลินดา นาซาร์ซึ่งห้องปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูของแคนาดาได้ทำการศึกษาแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์มาเป็นเวลา 10 ปีแล้ว โดยใช้การเปรียบเทียบโรงจอดรถเพื่ออธิบายความแตกต่าง ในขณะที่การชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็เหมือนกับการขับรถเข้าและออกจากโรงจอดรถ แบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์ “เกือบจะรื้อโครงสร้างโรงจอดรถทั้งหมดแล้วสร้างใหม่เมื่อคุณชาร์จใหม่” เซลล์”

ปฏิกิริยาเคมีคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างและทางเคมีโดยสมบูรณ์ แบตเตอรี่ "แปลงสภาพ" เหล่านี้มีข้อดีและความท้าทายในตัวเอง "พวกมันมีข้อดีคือสามารถกักเก็บอิเล็กตรอนได้มากขึ้น" Nazar กล่าว ในทางกลับกัน ซัลเฟอร์มีค่าการนำไฟฟ้าค่อนข้างต่ำ และปริมาตรของแบตเตอรี่จะเปลี่ยนไปหลังจากการคายประจุ ทีมงานจากห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัย Waterloo กำลังปรับแต่งส่วนประกอบในแบตเตอรี่เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานและเพิ่มประสิทธิภาพปฏิกิริยาของแบตเตอรี่ หากความท้าทายบางประการของแบตเตอรี่ได้รับการแก้ไข Nazar จินตนาการว่าจะนำไปใช้ในการบินและโดรน ที่ เครื่องบินเซเฟอร์ และ UAV ซึ่งบินได้สำเร็จในเที่ยวบินที่ใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นระยะเวลานาน มักใช้แบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์

โซเดียมไอออน

ปรากฎว่าธาตุในตารางธาตุที่ไม่ดีต่อหัวใจของคุณค่อนข้างดีต่อแบตเตอรี่ การวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนเริ่มต้นขึ้นในทศวรรษ 1970 ในช่วงเวลาเดียวกับการจัดเก็บพลังงานลิเธียมไอออน ทั้งสององค์ประกอบอยู่ใกล้เคียงกันในตารางธาตุ จากนั้นลิเธียมไอออนก็ถูกถอดออกและโซเดียมไอออนก็ถือว่ามีพลังงานน้อยกว่าเช่นกันในอีกสามทศวรรษข้างหน้า

“ดูเหมือนสิ่งที่ดีที่สุด” Nazar กล่าว ซึ่งห้องปฏิบัติการของเขายังใช้กักเก็บพลังงานจากโซเดียมอีกด้วย “แบตเตอรี่โซเดียมไอออนทำให้มีความเป็นไปได้ในการทำงานกับธาตุที่มีดินอยู่มากมาย เช่น อิเล็กโทรดบวกที่ทำจากสิ่งต่างๆ เช่น เหล็ก แมงกานีส และไทเทเนียม ซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่ามาก แต่การทำให้เคมีนั้นทำงานได้ดีถือเป็นความท้าทายเพราะมันไม่เหมือนกับลิเธียม”

Nazar ตั้งข้อสังเกตว่าบางบริษัทไม่คิดว่ามันคุ้มค่าที่จะลงทุนในแบตเตอรี่โซเดียมไอออน เนื่องจากต้นทุนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลดลงตลอดเวลา

“ฉันคิดว่าอาจคุ้มค่าที่จะลงทุนทรัพยากรจำนวนมากไปกับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน” เธอกล่าว “หากมีช่วงเวลาอะฮ่าที่แบตเตอรี่โซเดียมไอออนทำงานได้ดีและมีความหนาแน่นของพลังงานสูง นั่นจะเป็นก้าวสำคัญไปข้างหน้า”

น้ำตาล

เชื่อหรือไม่ว่า คุณสามารถใช้พลังงานแบตเตอรี่จากน้ำตาลได้เหมือนกับเด็กวัยหัดเดินที่กระโดดขึ้นไปบนเค้กป๊อป งานวิจัยตีพิมพ์ครั้งแรกของ Sony เกี่ยวกับปฏิกิริยาที่มอลโตเด็กซ์ตรินถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างพลังงานในปี 2550 แม้ว่าความพร้อมใช้ของวัสดุและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของแบตเตอรี่น้ำตาลจะสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมาก แต่แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีของแบตเตอรี่ยังต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้น คุณอาจต้องการงดการป้อน Crunchberries หนึ่งกล่องให้กับ Tesla ของคุณ

แม้ว่าแนวคิดดั้งเดิมจะปรากฏครั้งแรกในปี 2550 แต่ แบตเตอรี่น้ำตาล แนวคิดยังมีน้ำผลไม้เหลืออยู่บ้าง ในปี 2559 ทีมสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์นำโดยศาสตราจารย์ไมเคิล สตราโน ได้สร้างอุปกรณ์ที่เรียกว่า Thermopower Wave ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าแบตเตอรี่น้ำตาลรุ่นก่อนๆ มาก และสามารถจ่ายไฟให้กับ LED เชิงพาณิชย์ได้ แสงสว่าง. นี่เป็นการพัฒนาที่น่าตื่นเต้น เนื่องจากมีน้ำตาลอยู่เป็นจำนวนมาก ดังนั้น หากเราสามารถหาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตแบตเตอรี่เหล่านี้ได้ เราก็คงจะสามารถขยายขนาดเทคโนโลยีดังกล่าวได้อย่างรวดเร็ว น่าเสียดายที่การวางจำหน่ายเชิงพาณิชย์อาจต้องใช้เวลาอีกหลายปี

ไหล

แบตเตอรี่แบบไหลมีโครงสร้างที่แตกต่างจากแบตเตอรี่อื่นๆ ส่วนใหญ่: แทนที่จะบรรจุกลุ่มวัสดุที่ทำปฏิกิริยาไว้ด้วยกันในหน่วยเดียว (เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ทั่วไป) แบตเตอรี่โฟลว์จะเก็บของเหลวที่ทำปฏิกิริยาไว้ในภาชนะที่แยกจากกัน จากนั้นจึงปั๊มเข้าไปในระบบเพื่อสร้าง พลังงาน. นอกจากนี้ยังมีขนาดใหญ่และออกแบบมาเพื่อการจัดเก็บพลังงานแบบกริด ไม่ใช่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และสิ่งของที่สามารถใส่ไว้ในอุ้งมือได้อย่างสบาย

ต้นตำรับ แบตเตอรี่ไหล มีรายงานว่ามีน้ำหนัก 1,000 ปอนด์ และถูกประดิษฐ์ขึ้นในปลายศตวรรษที่ 19 เพื่อขับเคลื่อนพลังงานอย่างชาญฉลาด ตั้งชื่อเรือเหาะฝรั่งเศสว่า La France ความสนใจในการกักเก็บพลังงานแบบโมดูลาร์ได้เพิ่มมากขึ้นและลดลงตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา แล้ว.

“ผมคิดว่าสิ่งที่ผลักดันให้เกิดการระเบิดและความสนใจในแบตเตอรี่แบบไหลนั้นไม่ได้เกี่ยวกับการสร้างแบตเตอรี่รุ่นต่อไปมากนัก โทรศัพท์หรือคอมพิวเตอร์ แต่กักเก็บพลังงานขนาดกลางถึงขนาดใหญ่” ทิโมธี คุก ศาสตราจารย์วิชาเคมีแห่งมหาวิทยาลัยอธิบาย ควาย. ดังนั้น เว้นแต่ว่าคุณกำลังสร้างโทรศัพท์มือถือแบบสตีมพังค์ ก็ไม่น่าเป็นไปได้ที่คุณจะต้องพกพาแบตเตอรี่แบบไหลที่เปิดใช้งานด้วยปั๊มขนาดเล็กไปด้วย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากบ้านเรือนจำนวนมากติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ ตลาดสำหรับการจัดเก็บ "พลังงานส่วนบุคคล" ก็จะเติบโต

ในขณะที่การทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประสิทธิภาพมากขึ้นหมายถึงการเพิ่มขนาดของแบตเตอรี่ การออกแบบ ของโฟลแบตเตอรี่ทำให้สามารถเพิ่มพลังงานโดยการเพิ่มขนาดของของเหลว อ่างเก็บน้ำ San Diego Power and Electric เพิ่งติดตั้งเครื่องที่สามารถจ่ายไฟได้ จำนวนบ้าน 1,000 หลัง.

“คุณไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนขนาดใดๆ ของเมมเบรน (ที่เกิดปฏิกิริยาเคมี) คุณก็เพียงแค่เปลี่ยน เพื่อให้ของเหลวปริมาณมากไหลผ่านมันได้นานขึ้น และคุณสามารถดึงพลังงานนั้นออกมาได้” อธิบาย ทำอาหาร. “ดังนั้นจึงง่ายกว่ามากมากที่จะขยายหรือลดขนาด หรือโดยพื้นฐานแล้วคุณสามารถปรับแต่งให้เข้ากับการติดตั้งได้”

แบตเตอรี่ของ Flow ยังมีรอบการชาร์จมากกว่าแบตเตอรี่ส่วนใหญ่อีกด้วย ความสามารถในการเปลี่ยนของเหลวหรือเปลี่ยนชิ้นส่วนโมดูลาร์อื่นๆ หมายความว่าอายุการใช้งานของแบตเตอรี่แทบจะไม่มีกำหนด

แม้ว่าปัจจุบันบริษัทต่างๆ จะขายแบตเตอรี่โฟลว์ขนาดอุตสาหกรรม แต่ศาสตราจารย์คุกก็ไม่คาดหวังว่าจะได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางไปอีกห้าถึง 10 ปี เขายังจินตนาการถึงวันที่รถยนต์ไฟฟ้าอาจใช้เทคโนโลยีนี้ คุกอธิบายถึงรถยนต์คันหนึ่งที่กำลังเคลื่อนตัวไปที่ "ปั๊มน้ำมัน" เพื่อปล่อยอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้แล้วออก จากนั้นจึงเติมอิเล็กโทรไลต์ที่ชาร์จใหม่อีกครั้ง แทนที่จะรอครึ่งชั่วโมงเพื่อให้รถรีบูท ล้อสามารถหมุนได้อีกครั้งในเวลาไม่กี่นาที แต่แน่นอนว่าอนาคตนั้นอยู่ไม่ไกล

กระดาษ

การทำแบตเตอรี่จากกระดาษมีข้อดีหลายประการ: มีความบาง ยืดหยุ่น และหากประดิษฐ์ด้วยวัสดุที่เหมาะสม ก็จะสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทีมงานที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดพัฒนาแบตเตอรี่กระดาษในยุคแรกๆ โดยการเคลือบแผ่นบางด้วยหมึกคาร์บอนและเงินอิ่มตัว เมื่อเร็วๆ นี้ หัวหน้าฝ่ายอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมเริ่มรู้สึกตื่นเต้นกับแบตเตอรี่ที่กำลังได้รับการพัฒนาที่มหาวิทยาลัย Binghamton ศาสตราจารย์ Seokheun “Sean” Choi ได้สร้างอวตารขึ้นมาสองสามแบบ ซึ่งรวมถึงแบบที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำลายของมนุษย์ หรือในทางวิทยาศาสตร์มากกว่านั้น และอีกแบบที่ขับเคลื่อนโดยแบคทีเรีย การจุติใหม่ของแบตเตอรี่ชีวภาพที่พัฒนาโดย Choi และศาสตราจารย์ Omowunmi Sadik ใช้โพลี (อะมิก) กรดและโพลี (ไพโรเมลิติก ไดแอนไฮไดรด์-พี-ฟีนิลีนไดเอมีน) เพื่อสร้างแหล่งพลังงาน ย่อยสลายได้

“แบตเตอรี่กระดาษไฮบริดของเราแสดงอัตราส่วนพลังงานต่อต้นทุนที่สูงกว่าแบตเตอรี่จุลินทรีย์ที่ใช้กระดาษที่รายงานก่อนหน้านี้ทั้งหมด” Choi กล่าวเมื่อสร้างนวัตกรรม ได้รับการประกาศ. แม้ว่าการใช้แบตเตอรี่กระดาษที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงพาณิชย์เหล่านี้จะถูกจำกัดเนื่องจากมีกำลังไฟฟ้าต่ำ (ใคร ๆ ก็สามารถจ่ายไฟให้กับไฟ LED ได้) ประมาณ 20 นาที) นักวิจัยหวังว่าจะได้เห็นใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ไร้สาย การใช้งานทางการแพทย์ เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ เครื่องบิน และ รถยนต์ Choi ได้เขียนบทความเกี่ยวกับการใช้เป็นแหล่งพลังงานแบบใช้ครั้งเดียวสำหรับเครื่องมือวินิจฉัย ณ จุดดูแลในประเทศกำลังพัฒนาที่แบตเตอรี่อาจไม่พร้อมจำหน่าย

อากาศ

อากาศสามารถเป็นไฟฟ้าได้จริงๆ และไม่ใช่แค่ในช่วงเวลานั้นเมื่อคุณเปิดคอเสื้อของคุณหลังจากเพลงของ Phil Collins ดังออกมาจากลำโพงของ Ferrari ของคุณ แบตเตอรี่สังกะสีอากาศซึ่งมีขนาดประมาณลูกอม Smarties และขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนและสังกะสี ถูกนำมาใช้ในเครื่องช่วยฟังมาหลายปีแล้ว สังกะสียังมีราคาถูกและมีปริมาณมาก ทำให้เทคโนโลยีนี้ประหยัดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

แต่มีข้อจำกัดเมื่อพยายามสร้างเทคโนโลยีนี้ ชาร์จใหม่ได้. คริสตัลเดนไดรต์อาจก่อตัวขึ้นระหว่างการชาร์จและทำให้แบตเตอรี่หมด มีการทดสอบวิธีการต่างๆ เพื่อทดแทนสังกะสี เช่น "การชาร์จด้วยกลไก" แบตเตอรี่โดยการเปลี่ยนวัสดุทางกายภาพ ซึ่งเป็นแนวทางที่ได้รับการลองใช้ในรถโดยสารไฟฟ้าของสิงคโปร์ มีการทดลองอื่นๆ อีกมากมายกับแบตเตอรี่ลิเธียม-อากาศและโลหะ-อากาศที่มีระดับความหนาแน่นของพลังงาน ระดับพลังงาน และต้นทุนที่แตกต่างกัน ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา Tesla ได้ยื่นจดสิทธิบัตรหลายฉบับที่เกี่ยวข้องกับการชาร์จ แบตเตอรี่ลิเธียมอากาศดังนั้นศักยภาพของมันอาจมีอยู่เกินกว่าเครื่องช่วยฟังของคุณ

เหล็ก

เมื่อไม่กี่ปีก่อน Peter Allen ศาสตราจารย์วิชาเคมีแห่งมหาวิทยาลัยไอดาโฮเริ่มแสดงความหลงใหลในวิทยาศาสตร์แบตเตอรี่บน YouTube แทบจะในทันทีที่เขาพบว่าผู้ชมตอบสนองต่อวัสดุที่ใช้แบตเตอรี่จริงๆ ซึ่งเป็นแรงบันดาลใจให้เขาสร้างแบตเตอรี่เหล็กแบบชาร์จไฟได้เพื่อเป็นการสาธิตด้านการศึกษา โปรเจ็กต์ดังกล่าวได้นำไปสู่วิดีโอสาธิตมากกว่า 100 รายการที่อธิบายขั้นตอน ปัญหา และการเรียนรู้ของโปรเจ็กต์แบตเตอรี่เพื่อการศึกษา

“ฉันไม่ต้องการที่จะเสนอตัวเองว่าเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านแบตเตอรี่” ศาสตราจารย์ผู้มีความเชี่ยวชาญด้านเคมีชีวภาพรับทราบ ในการทำวิดีโอ YouTube เขาตระหนักว่ามีหลายสิ่งหลายอย่างที่ต้องสอนและเรียนรู้โดยการสร้างแบตเตอรี่แบบทำเองได้ในราคาถูก

“ชิ้นส่วนของเทคโนโลยีแบตเตอรี่เหล็กมีมาประมาณ 100 ปีแล้ว ดังนั้นฉันคิดว่าหลายๆ คนอาจเกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ ความรู้จากต่างประเทศมากมายมักจะพูดว่า 'นั่นคือพื้นที่ที่ถูกเหยียบย่ำ - ไม่มีอะไรที่จะพบที่นั่น'” เขากล่าว “แต่ด้วยความไร้เดียงสานิดหน่อย ฉันจึงเดินเข้าไปในนั้นแล้วพูดว่า ‘ลองดูสิ ยังไงซะคุณก็จะเจอสิ่งที่น่าสนใจอยู่ดี’”

หลังจากสองปีผ่านไป Allen มีแบตเตอรี่ให้เลือกมากกว่า 30 รูปแบบ และได้รับความช่วยเหลือมากมายจากนักศึกษาระดับปริญญาตรี เรียนรู้วิธีปรับสมดุลระหว่างวัสดุของเหลวและของแข็งเพื่อสร้างความหนาแน่นของพลังงานที่เหมาะสมแต่มีปริมาณน้อย พลัง.

“แล้วเราก็มาถึงคำถามที่ว่า ‘ถ้าคุณมีเคมีที่ได้ผลแต่ออกฤทธิ์ช้า คุณจะเร่งมันให้เร็วขึ้นได้อย่างไร’”

แม้ว่าทีมจะแก้ปัญหาความท้าทายดังกล่าวได้ แต่เทคโนโลยีปัจจุบันก็กำหนดว่าการใช้งานแบตเตอรี่เหล็กที่ดีที่สุดน่าจะเป็น หน่วยเก็บพลังงานไมโครกริดในบริเวณใกล้เคียงหรือการจับพลังงานไฟฟ้าจากโซลาร์ฟาร์ม โดยคำนึงถึงพื้นที่ที่ต้องการและความเร็วของพลังงานที่ส่งมาจาก หน่วย.

ใครจะชนะ?

แบตเตอรี่เหล็กของ Allen จะสามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์หรือไม่? เขาไม่แน่ใจว่าการค้นพบในปัจจุบันของทีมของเขา ซึ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ จะพาพวกเขาไปที่นั่นได้

หลังจากตรวจสอบสิ่งประดิษฐ์แบตเตอรี่มากมาย เขาพบว่ามีเพียงไม่กี่สิ่งประดิษฐ์เท่านั้นที่จะออกสู่ตลาด ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เขาอธิบายว่ามี "หุบเขาแห่งความตาย"

“คุณมีงานวิจัยพื้นฐานที่ทำให้เกิดสิ่งเจ๋งๆ ขึ้นมา” เขากล่าว “มีคำถามว่าจะสามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่ และไม่มีเงินที่จะถามคำถามนั้น” นักวิจัยที่สามารถหาเงินได้มากพอที่จะตอบคำถามเบื้องต้นนั้น หากโชคดี ก็จะพบนักลงทุนที่ต้องการปรับแต่งและนำแนวคิดดังกล่าวไปขายในเชิงพาณิชย์ “แต่ยังมีช่องว่างระหว่างการวิจัยขั้นพื้นฐานและการกลั่นกรองที่จำเป็นเพื่อสร้างแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์”

ในปี 2019 ผู้ร่วมลงทุนจมลง 1.7 พันล้านเหรียญสหรัฐในธุรกิจสตาร์ทอัพด้านแบตเตอรี่โดยจะมีการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับลิเธียมไอออนจำนวน 1.4 พันล้านชิ้น แต่แบตเตอรี่โฟลว์ สังกะสี-อากาศ โลหะเหลว และเทคโนโลยีอื่นๆ อีกมากมายก็ได้รับเช็คเป็นลายลักษณ์อักษรเช่นกัน ในขณะที่การกักเก็บพลังงานลิเธียมไอออนมีแนวโน้มที่จะครองการกักเก็บพลังงานไปอีกอย่างน้อย 10 ปี แต่อีกหลายคนก็ดูเหมือนว่าพวกเขาจะใช้พลังงานในการออกจากหุบเขาแห่งความตาย

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• อนาคตแห่งความยั่งยืน: วิวัฒนาการครั้งต่อไปของเทคโนโลยีด้านสิ่งแวดล้อม
• หลายทศวรรษต่อมา ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี
• วิศวกรได้สร้างแบตเตอรี่ลิเธียมชนิดใหม่ที่จะไม่ระเบิด