แบตเตอรี่ไฮโดรเจนที่ใช้งานได้ในสภาพอากาศหนาวเย็น

แบตเตอรี่ซึ่งเคยถูกมองว่าเป็นเพียงแหล่งพลังงานธรรมดา ปัจจุบันได้กลายเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง หัวใจสำคัญของการเปลี่ยนแปลงสู่พลังงานสะอาดของโลก ในฐานะหนึ่งในเทคโนโลยีที่เติบโตเร็วที่สุดซึ่งกำลังกำหนดอนาคตของเรา

ในบรรดาแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับการใช้งานทุกอย่าง ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้า (EV)

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเริ่มวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1990แต่ความต้องการ สำหรับพวกเขาแล้ว ปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดดในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา โดยเพิ่มจากเพียง 0.5 กิกะวัตต์ชั่วโมง (GWh) ในปี 2010 เป็นประมาณ 526 GWh ในอีกสิบปีต่อมา

เกือบ ต้นทุนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนลดลง 90%ราคาแบตเตอรี่ลดลงจากประมาณ 1,400 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงในปี 2010 เหลือ 140 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงในปี 2023 ประกอบกับความก้าวหน้าในด้านความหนาแน่นของพลังงานและอายุการใช้งาน ทำให้แบตเตอรี่มีบทบาทสำคัญมากขึ้นในรถยนต์ไฟฟ้าและการใช้งานด้านการจัดเก็บพลังงาน

อย่างไรก็ตาม ปัญหาใหญ่ของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน คือมันไม่ทนต่อความเย็น

เหตุใดแบตเตอรี่จึงใช้งานไม่ได้ในสภาพอากาศหนาวเย็น (และวิศวกรแก้ไขปัญหานี้ได้อย่างไร)

แบตเตอรี่ทำงานได้ไม่ดีในสภาพอากาศหนาวเย็น แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าภายในของพวกมันจะชะลอตัวลงเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง

แบตเตอรี่ส่วนใหญ่มีส่วนประกอบหลักสามส่วน:

• ขั้วไฟฟ้า
• อิเล็กโทร
• เครื่องสกัด

ในแบตเตอรี่มีขั้วไฟฟ้าสองขั้ว และทั้งสองขั้วนั้น... จะทำ ทำจากวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าหนึ่งเรียกว่าแคโทด เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ และนี่คือ ขั้วไฟฟ้าด้านหนึ่งเรียกว่าแอโนด ซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่ และเป็นจุดที่กระแสไฟฟ้าไหลออกจากแบตเตอรี่ในระหว่างการคายประจุ ส่วนขั้วไฟฟ้าอีกด้านหนึ่งเรียกว่าแอโนด เชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่ และเป็นจุดที่กระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่แบตเตอรี่ในระหว่างการคายประจุ 

สอง ถูกเก็บไว้ แยกออกจากกัน โดยใช้ตัวคั่นเพื่อป้องกันการลัดวงจร ระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองมีอิเล็กโทรไลต์เหลว ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าหรือไอออน เมื่ออิเล็กโทรไลต์รวมตัวกับวัสดุที่ประกอบเป็นขั้วไฟฟ้า จะเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้แบตเตอรี่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้

In กรณีของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยทั่วไปแล้ว อิเล็กโทรไลต์จะเป็นเกลือลิเธียมในสารละลายที่ทำหน้าที่ถ่ายโอนอนุภาคที่นำพาประจุ (ไอออน) ระหว่างขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แต่เมื่ออากาศเย็น ไอออนจะเคลื่อนที่ช้าลงและไม่สามารถทำงานร่วมกับขั้วไฟฟ้าได้อย่างเหมาะสม ส่งผลกระทบต่อความสามารถของแบตเตอรี่ในการสร้างกระแสไฟฟ้าได้มากเท่าที่ควร ก่อนที่แบตเตอรี่จะหมด 

นอกจากนี้ หากมีลิเธียมสะสมบนขั้วไฟฟ้ามากเกินไป อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรและก่อให้เกิดไฟไหม้ได้

ดังนั้น สภาพอากาศหนาวเย็นจึงส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ทั้งประสิทธิภาพและความจุที่ใช้งานได้ของแบตเตอรี่ จะลดลง อย่างมีนัยสำคัญ จากผลสำรวจของ AAA เมื่อปีที่แล้ว แสดงให้เห็นว่า การที่ระยะทางการวิ่งลดลงในช่วงฤดูหนาวและความกังวลเกี่ยวกับการชาร์จที่ช้าลง เป็นปัจจัยที่ทำให้การเติบโตของรถยนต์ไฟฟ้าชะลอตัวลง

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ บริษัทต่างๆ ทั่วโลกจึงได้ทุ่มเทพัฒนาเคมีของแบตเตอรี่แบบใหม่ที่ดีกว่าเดิม 

ยกตัวอย่างเช่น บริษัท CATL ยักษ์ใหญ่ด้านแบตเตอรี่ของจีน บริษัทได้ประกาศเปิดตัวแบตเตอรี่โซเดียมไอออนรุ่นที่สอง ซึ่งสามารถคายประจุได้ที่อุณหภูมิต่ำถึงลบ 40 องศาเซลเซียส และมีมาตรการด้านความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุง โดยมีเป้าหมายที่จะให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า 200 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม 

แม้ว่าแบตเตอรี่โซเดียมไอออนจะได้รับการกล่าวขานว่าปลอดภัยกว่าและทนต่อความเย็นได้ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่ก็มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าและต้นทุนการผลิตสูงกว่า

ในขณะเดียวกัน วิศวกรจากมหาวิทยาลัยมิชิแกน พัฒนากระบวนการผลิตที่ปรับปรุงแล้ว¹ สำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า เพื่อให้สามารถวิ่งได้ระยะทางไกลและชาร์จเร็วในสภาพอากาศหนาวเย็น

ทีมวิจัยได้สร้างช่องทางขนาด 50 ไมโครเมตรในขั้วบวก และเคลือบด้วยวัสดุคล้ายแก้วที่ทำจากลิเธียมโบเรตคาร์บอเนตหนา 20 นาโนเมตร เพื่อป้องกันการเกิดคราบลิเธียมบนขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้สามารถชาร์จได้เร็วขึ้น 500% ที่อุณหภูมิ 14°F (-10 °C) และยังคงรักษาความจุได้ 97% แม้ว่าจะชาร์จเร็ว 100 ครั้งในอุณหภูมิที่เย็นจัดเช่นนี้ก็ตาม

“เป็นครั้งแรกที่เราได้แสดงให้เห็นถึงแนวทางในการชาร์จแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วในอุณหภูมิต่ำ โดยไม่ลดทอนความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน”

– นีล ดาสกุปตา ผู้ร่วมเขียน ศาสตราจารย์ร่วมภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ มหาวิทยาลัยไมอามี

อื่น ๆ การปรับปรุงสูตรอิเล็กโทรไลต์และดัดแปลงวัสดุแอโนด, อาคาร เทคโนโลยีแบตเตอรี่เฉพาะทางโดยการเพิ่มฉนวนที่หนาขึ้นพร้อมฮีตเตอร์ในตัว และเสนอแนวทางต่างๆ การชาร์จอัจฉริยะควบคุมอุณหภูมิ²และ นำเสนออัลกอริธึมควบคุมเชิงทำนาย³ เพื่อปรับอุณหภูมิของแบตเตอรี่ รวมถึงวิธีแก้ปัญหาอื่นๆ ด้วย

ท่ามกลางความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านวัสดุ อิเล็กโทรไลต์ และเทคโนโลยีอื่นๆ เพื่อแก้ไขปัญหาที่แบตเตอรี่ต้องเผชิญในสภาพอากาศหนาวเย็น นักวิทยาศาสตร์ยังกำลังสำรวจระบบจัดเก็บพลังงานทางเลือกอื่นๆ เช่น แบตเตอรี่ที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงด้วย

แบตเตอรี่ไฮโดรเจน: วิธีการทำงานและความสำคัญของมัน

ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่เมื่อนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงจะผลิตได้เพียงน้ำเท่านั้น นอกจากนี้ยังเป็นตัวนำพลังงานที่สามารถกักเก็บและส่งต่อพลังงานที่ผลิตจากแหล่งพลังงานอื่นๆ ได้

ไฮโดรเจนเป็นธาตุเคมีที่มีมากที่สุดในจักรวาล สามารถผลิตได้จากก๊าซธรรมชาติ ชีวมวล และพลังงานนิวเคลียร์ รวมถึงแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์

ก๊าซที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และติดไฟได้ง่ายนี้ ยังเป็นองค์ประกอบสำคัญของน้ำและสารประกอบอินทรีย์ทุกชนิดอีกด้วย
ปัดเพื่อเลื่อน →

ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของดวงอาทิตย์ ถูกแปลง ดวงอาทิตย์เปลี่ยนพลังงานผ่านกระบวนการฟิวชั่นนิวเคลียร์ในแกนกลาง ภายใต้ความดันและความร้อนมหาศาล อะตอมของไฮโดรเจนจะรวมตัวกันเพื่อสร้างฮีเลียม ปล่อยพลังงานออกมามากมาย พลังงานนี้จะเดินทางออกไปภายนอกผ่านชั้นต่างๆ ของดวงอาทิตย์และแผ่รังสีออกไปในอวกาศในรูปของแสงและความร้อน 

บนโลก, ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่น่าสนใจ และมีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานกว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 

เพื่อประเมินประสิทธิภาพทางเทคนิคและทางการเงินของระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ไฮโดรเจนและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์ (UNSW) การประเมิน⁴ มีการเปรียบเทียบระบบที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์สองระบบ ได้แก่ LAVO และ Tesla Powerwall 2 และพบว่าระบบ LAVO มีการสูญเสียพลังงานมากกว่า 

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ไฮโดรเจน ถูกพบ แบตเตอรี่ชนิดนี้มีอัตราการเสื่อมสภาพของความจุต่ำกว่าและมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ทำให้สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้นและนานขึ้น ความสามารถในการทนต่อรอบการชาร์จและการคายประจุมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถึง 18% ทำให้แบตเตอรี่ชนิดนี้ "เหมาะสำหรับการใช้งานในพื้นที่ห่างไกลที่ต้องการการเก็บพลังงานเป็นเวลานาน"

ผลการศึกษาอีกชิ้นหนึ่งจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) ได้พัฒนาระบบแบตเตอรี่เคมีแบบใหม่⁵ เพื่ออนาคตที่ปลอดภัยและยั่งยืนยิ่งขึ้นสำหรับระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

ในขณะที่แบตเตอรี่ไฮโดรเจนในปัจจุบันใช้ H2 เป็นแคโทด ซึ่งจำกัดช่วงแรงดันไฟฟ้าและความจุในการเก็บพลังงาน ทีมวิจัยของ USTC ได้เสนอให้ใช้ H2 เป็นแอโนด ทีมงานได้พัฒนาต้นแบบที่มีแอโนดลิเธียม อิเล็กโทรไลต์แข็ง และชั้นกระจายก๊าซเคลือบแพลทินัมซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทดไฮโดรเจน

ทีมวิจัยรายงานว่าแบตเตอรี่ Li-H ของพวกเขามีพลังงานจำเพาะทางทฤษฎีสูงถึง 2,825 Wh/kg แรงดันคายประจุประมาณ 3 V และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานไป-กลับ 99.7% ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพที่แข็งแกร่ง แม้ว่าตัวเลข 2,825 Wh/kg จะไม่ใช่ค่าที่วัดได้จริงในระดับแพ็คก็ตาม

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุน ทีมงานได้สร้างแบตเตอรี่ลิเธียม-ไฮโดรเจนโดยไม่มีขั้วบวก ในกระบวนการนี้ การสะสมของลิเธียม ได้รับแหล่งที่มา จากเกลือลิเธียมในระหว่างการชาร์จ รุ่นที่ได้รับการปรับปรุงนี้ช่วยให้การเคลือบและการลอกลิเธียมมีประสิทธิภาพ และทำงานได้อย่างเสถียรแม้ในความเข้มข้นของไฮโดรเจนต่ำ จึงช่วยลดการพึ่งพาการจัดเก็บไฮโดรเจนแรงดันสูง

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจนทั่วไป ระบบ Li-H ให้ความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ซึ่งเปิดโอกาสให้เกิดการสำรวจเทคโนโลยีแบตเตอรี่ Li-H ในอนาคต

แม้ว่าไฮโดรเจนจะมีข้อดีมากมายสำหรับการจัดเก็บพลังงานสะอาด แต่การจัดเก็บไฮโดรเจนนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย อันที่จริง การจัดเก็บเป็นความท้าทายสำคัญอย่างยิ่งในการใช้ไฮโดรเจน

อิเล็กโทรไลต์ไฮไดรด์ Ba–Ca–Na ที่ช่วยปลดล็อกศักยภาพการกักเก็บไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่ำ

การเก็บรักษาไฮโดรเจนจำเป็นต้องใช้ทั้งอุณหภูมิต่ำมาก (−252.8 °C) หรือความดันสูง (350 ถึง 700 บาร์) หรือทั้งสองอย่าง การเก็บรักษาในรูปของแข็งช่วยหลีกเลี่ยงความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับถังแก๊สแรงดันสูง แต่ก็มีข้อจำกัดด้านวัสดุที่อุณหภูมิต่ำ

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์โตเกียว (Science Tokyo) ได้ศึกษาการกักเก็บไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าเคมีโดยใช้ไอออนไฮไดรด์ ซึ่งนำไปสู่การค้นพบสิ่งต่อไปนี้ ค้นพบอิเล็กโทรไลต์ของแข็งนำไอออนไฮไดรด์ที่มีศักยภาพ⁶ จากระบบไฮไดรด์ของแบเรียม แคลเซียม และโซเดียม

มีรายงานว่าการรวมไอออนที่มีขนาดแตกต่างกันจะทำให้เกิดการนำไฟฟ้าแบบซูเปอร์ไอออนิก และนักวิจัยก็มุ่งศึกษาเรื่องนี้เช่นกัน มารวมกัน ไอออนของสารเหล่านี้ ได้แก่ BaH2-CaH2-NaH

อิเล็กโทรไลต์แข็งที่ได้ ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นสารต้าน α-AgI ชนิด Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85 มีเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าและการนำไฟฟ้าของไอออนไฮไดรด์ (H–) ที่ยอดเยี่ยม 

มันเป็น ที่น่าทึ่งคือ ความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดโลหะไฮไดรด์หลายชนิดได้อย่างยืดหยุ่น ดังนั้น สารละลายอิเล็กโทรไลต์จึงทำงานได้ดีกับอิเล็กโทรดโลหะไฮโดรเจนหลายชนิด เช่น ไทเทเนียมไฮไดรด์และแมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH2) ทำให้สามารถกักเก็บไฮโดรเจนได้ในปริมาณสูงและย้อนกลับได้ที่อุณหภูมิต่ำ

ในการทดลองเบื้องต้น นักวิจัยได้ทดสอบอิเล็กโทรไลต์ของพวกเขาในระบบที่... ใส่ ระหว่าง TiH2 (ไทเทเนียมไดไฮไดรด์) is สารประกอบของไทเทเนียมและไฮโดรเจน) และอิเล็กโทรดอ้างอิงไทเทเนียม และ ตัวนำกระแสไฟฟ้าชนิดอะเซทิลีนแบล็กและโมลิบเดนัม 

แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ ทำให้ทีมนักวิจัยสามารถค้นพบช่วงศักย์ไฟฟ้าที่เสถียรของอิเล็กโทรไลต์แข็ง ซึ่งเป็นช่วงที่ดีที่สุด เคย รายงาน

การนำไฟฟ้า H– สูง มีรายงานเพิ่มเติมด้วย โดยนักวิจัย ซึ่งเป็นผลมาจากโครงสร้างลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัว (bcc) ของอิเล็กโทรไลต์ โครงสร้างนี้มีความหนาแน่นในการบรรจุต่ำกว่า ซึ่งให้ "เส้นทางเปิดสำหรับการขนส่งไอออน" นอกจากนี้ แคตไอออนที่มีความสามารถในการโพลาไรซ์สูงในโครงสร้างยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้มีการนำไฟฟ้าของไอออนสูงอีกด้วย

จากนั้น เพื่อทดสอบความสามารถในการกักเก็บไฮโดรเจนของอิเล็กโทรไลต์ นักวิจัยได้สร้างเซลล์โดยใช้ MgH2

MgH2 เป็นสารประกอบทางเคมีที่ได้รับการศึกษาเพื่อใช้ในการกักเก็บไฮโดรเจน เนื่องจากมีความจุสูงและต้นทุนต่ำ วัสดุนี้สามารถบูรณาการได้ นำไปสู่ระบบคล้ายแบตเตอรี่ที่กักเก็บและปล่อยไฮโดรเจนออกมาในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ อย่างไรก็ตาม การใช้งานของมันมีข้อจำกัด ถูกจำกัด เนื่องจากปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ การดูดซับและการคายไฮโดรเจนที่ไม่ดี และความจำเป็นต้องใช้Sอุณหภูมิสูงถึง 300 °C ขึ้นไป

แต่ทีมนักวิจัยสามารถทำให้เซลล์ Mg-H2 ทำงานเป็นอุปกรณ์กักเก็บไฮโดรเจนได้ โดยแสดงให้เห็นถึงความจุ 2,030 mAh/g ที่อุณหภูมิ 90°C

จาก 300–400 °C เหลือประมาณ 90 °C: แบตเตอรี่ไฮโดรเจนที่ใช้งานได้จริงในอุณหภูมิต่ำ

แบตเตอรี่ไฮโดรเจนแบบใหม่จากนักวิจัยของ Science Tokyo ได้เอาชนะข้อจำกัดด้านความจุต่ำและอุณหภูมิสูงของวิธีการก่อนหน้านี้ แทนที่จะทำงานที่อุณหภูมิ 300-400 องศาเซลเซียส (572-752 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่ง มันจำเป็น สำหรับวิธีการกักเก็บไฮโดรเจนแบบโซลิดสเตทในปัจจุบัน แบตเตอรี่นี้ทำงานที่อุณหภูมิ 90 องศาเซลเซียส (194 องศาฟาเรนไฮต์)

แบตเตอรี่ทำงานโดยการเคลื่อนที่ของไอออนไฮไดรด์ผ่านอิเล็กโทรไลต์แข็ง ทำให้แมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH2) สามารถกักเก็บและปล่อยไฮโดรเจนได้อย่างต่อเนื่องจนเต็มความจุ

ด้วยความก้าวหน้านี้ นักวิจัยได้นำเสนอวิธีการจัดเก็บเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใช้งานได้จริง ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่ยานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนและระบบพลังงานสะอาด

“เราได้สาธิตการทำงานของแบตเตอรี่ Mg–H2 ในฐานะอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานไฮโดรเจนที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ โดยสามารถดูดซับและปล่อยก๊าซไฮโดรเจนได้ในปริมาณมาก อุณหภูมิต่ำ และเป็นแบบย้อนกลับได้”

– ผู้ช่วยศาสตราจารย์ นาโอกิ มัตสึอิ

แม้ว่าแบตเตอรี่ไฮโดรเจนที่มีส่วนประกอบแบบโซลิดสเตทจะมีอยู่แล้ว แต่ก็ต้องการอุณหภูมิการทำงานสูง อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ไฮโดรเจนใหม่นี้สามารถบรรลุความจุในการกักเก็บตามทฤษฎีสูงสุดของขั้วบวก MgH2 และมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนสูงที่อุณหภูมิห้องได้ นั่นเป็นเพราะอิเล็กโทรไลต์แบบแข็ง Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85

สารละลายอิเล็กโทรไลต์นี้ประกอบด้วยแบเรียม (Ba), แคลเซียม (Ca) และโซเดียมไฮไดรด์ (NaH) ซึ่งสามารถเคลื่อนย้ายไอออนไฮไดรด์ (H–) ได้ อย่างมีประสิทธิภาพ.

สารนี้มีโครงสร้างผลึก (แบบแอนติ-α-AgI) ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านการนำไฟฟ้าแบบซูเปอร์ไอออนิก ในโครงสร้างนี้ Ba, Ca และ Na จะอยู่ในตำแหน่งศูนย์กลางของตัวผลึก ในขณะที่ไอออนไฮไดรด์จะเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งทรงแปดเหลี่ยมและทรงสี่เหลี่ยมที่ใช้หน้าร่วมกัน ทำให้สามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระ 

แบตเตอรี่ชนิดใหม่นี้ทำงานคล้ายกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่แทนที่จะเคลื่อนไอออนที่มีประจุบวกผ่านอิเล็กโทรไลต์ มันใช้ไอออนไฮไดรด์ที่มีประจุลบและสามารถผ่านโครงสร้างผลึกได้

แบตเตอรี่นี้ใช้แมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH2) เป็นขั้วบวก และก๊าซไฮโดรเจน (H2) เป็นขั้วลบ 

ในระหว่างการชาร์จ ขั้วบวก MgH2 จะปล่อยไอออนไฮไดรด์ออกมา ซึ่งจะเคลื่อนที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ชนิดใหม่ไปยังขั้วลบ ที่ซึ่งไอออนไฮไดรด์จะถูกออกซิไดซ์เพื่อปล่อยก๊าซไฮโดรเจนออกมา

กระบวนการจะกลับกันในระหว่างการคายประจุที่ ก๊าซไฮโดรเจนที่แคโทด จะลดลง ไปยังไอออนไฮไดรด์, โดยผ่านปฏิกิริยาเคมี ซึ่งเคลื่อนที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังขั้วบวก ที่นั่นจะทำปฏิกิริยากับ Mg เพื่อสร้าง MgH2 ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (รีดอกซ์) ทำให้ขั้วบวกที่มีประจุลบสูญเสียอิเล็กตรอน ซึ่งไหลผ่านวงจรภายนอกไปยังขั้วลบที่มีประจุบวกสุทธิ ส่งผลให้เกิดการส่งพลังงานไปยังระบบที่เชื่อมต่ออยู่

แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ ช่วยให้เซลล์โซลิดสเตทสามารถจัดเก็บได้ และ ปล่อยก๊าซไฮโดรเจน (H2) เมื่อจำเป็น ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของน้ำเล็กน้อย

ด้วยการใช้เซลล์นี้ นักวิจัยสามารถบรรลุความจุในการกักเก็บ MgH2 ตามทฤษฎีสูงสุดได้สำเร็จผ่านรอบการทำงานซ้ำๆ ความจุ 2,030 mAh ต่อกรัมนั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมาก อยู่ระหว่าง 154 และ 203 mAh ต่อกรัม

“คุณสมบัติเหล่านี้ของแบตเตอรี่กักเก็บไฮโดรเจนของเรานั้นไม่สามารถทำได้มาก่อนด้วยวิธีการทางความร้อนแบบดั้งเดิมหรืออิเล็กโทรไลต์เหลว ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับระบบกักเก็บไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพและเหมาะสมสำหรับการใช้งานเป็นตัวนำพลังงาน”

– ทาคาชิ ฮิโรเสะ ผู้เขียนหลักของการศึกษาและรองศาสตราจารย์ in สถาบันวิจัยเคมี มหาวิทยาลัยเกียวโต (ICR)

แม้ว่าแบตเตอรี่จะยังไม่พร้อมใช้งานในอุปกรณ์ที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน แต่... คือ ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการกักเก็บพลังงานไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่ำกว่าที่เคยเป็นไปได้มาก, ทางเท้า แนวทางสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพและง่ายดายยิ่งขึ้น 

แจกันดอกไม้โรแมนติกนี้ อาจส่งผลให้แบตเตอรี่ไฮโดรเจนเข้ามาแทนที่ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาดใหญ่ ซึ่งเสื่อมสภาพและ ใบหน้าลดลง ประสิทธิภาพเมื่อเวลาผ่านไป ในรถยนต์ไฟฟ้า

ยิ่งไปกว่านั้น การออกแบบแบตเตอรี่แบบใหม่นี้ ซึ่งช่วยให้สามารถกักเก็บไฮโดรเจนได้โดยไม่ต้องใช้ระบบแรงดันสูง การระบายความร้อนขั้นสูง หรืออุณหภูมิการทำงานสูง สามารถสนับสนุนการใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานสะอาด และเร่งการเปลี่ยนผ่านไปสู่พลังงานสีเขียวอย่างต่อเนื่องได้

ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะพัฒนาอิเล็กโทรไลต์แข็งและวัสดุอิเล็กโทรดที่มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนสูงขึ้น นอกจากนี้ พวกเขายังจะทำงานเกี่ยวกับการออกแบบอุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิการทำงานต่ำลงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้นด้วย

การลงทุนในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ไฮโดรเจน

บลูม เอ็นเนอร์ยี่ คอร์ปอเรชั่น (BE ) บริษัทนี้ดำเนินธุรกิจด้านการออกแบบและการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง (SOFC) ระบบเซลล์เชื้อเพลิงของบริษัทนี้ช่วยผลิตกระแสไฟฟ้าในสถานที่สำหรับโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ศูนย์ข้อมูล โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ และภาคส่วนอื่นๆ บริษัทได้ติดตั้งระบบดังกล่าวไปแล้วกว่า 1,200 แห่งทั่วโลก โดยมีกำลังการผลิตรวม 1.5 กิกะวัตต์ 

บริษัทมีผลิตภัณฑ์สองอย่าง ได้แก่ Bloom Electrolyzer สำหรับผลิตไฮโดรเจน และ Bloom Energy Server สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า

เมื่อพูดถึงผลการดำเนินงานในตลาดของ Bloom นั้น บริษัทมีการปรับตัวขึ้นอย่างมากในปีนี้ โดยเพิ่มขึ้น 391% ตั้งแต่ต้นปี หุ้น BE แตะระดับสูงสุดตลอดกาล (ATH) ที่ 125.75 ดอลลาร์ในเดือนนี้ ส่งผลให้มีกำไรต่อหุ้น (EPS) ในช่วง 12 เดือนที่ผ่านมาอยู่ที่ 0.11 และอัตราส่วนราคาต่อกำไร (P/E) ในช่วง 12 เดือนที่ผ่านมาอยู่ที่ 1,013.28

ในส่วนของสถานะทางการเงินของบริษัท บลูมรายงานรายได้ 401.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐในไตรมาสที่ 2 ปี 2025 เพิ่มขึ้น 19.5% จากไตรมาสเดียวกันของปีที่แล้ว อัตรากำไรขั้นต้นอยู่ที่ 26.7% และอัตรากำไรขั้นต้นที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน GAAP อยู่ที่ 28.2% ในขณะที่ขาดทุนจากการดำเนินงาน 3.5 ล้านดอลลาร์สหรัฐในช่วงเวลาดังกล่าว

“เนื่องจากพลังงานในสถานที่เริ่มมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ประกอบกับการเติบโตอย่างรวดเร็วของ AI ทำให้ผลิตภัณฑ์ของ Bloom มีความต้องการในตลาดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ผลิตภัณฑ์ของเราแตกต่างจากทางเลือกอื่นๆ ตรงที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรองรับการปฏิวัติทางดิจิทัล”

– ผู้ก่อตั้งและซีอีโอ KR Sridhar

หลังจากร่วมมือกับ Oracle ในการจัดหาพลังงานให้กับศูนย์ข้อมูล AI ของ Oracle แล้ว Bloom Energy ก็ได้ร่วมมือกับ... Brookfield (NYSE: BAM) ซึ่งจะลงทุนมากถึง 5 พันล้านดอลลาร์เพื่อนำเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงมาใช้งาน ทั้งสองบริษัทกำลัง "สร้างพิมพ์เขียวใหม่สำหรับการขับเคลื่อน AI ในระดับใหญ่"

ข่าวสารและความเคลื่อนไหวล่าสุดเกี่ยวกับหุ้น Bloom Energy Corporation (BE)

สรุป

ด้วยประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง และอายุการใช้งานที่ยาวนาน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงได้รับความนิยมอย่างมากในรถยนต์ไฟฟ้าและระบบจัดเก็บพลังงาน แต่แน่นอนว่า สภาพอากาศหนาวเย็นเป็นความท้าทายอย่างยิ่งสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้ ทำให้ความจุและประสิทธิภาพลดลง 

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์และบริษัทต่างๆ ทั่วโลกกำลังพัฒนาการออกแบบแบตเตอรี่รุ่นใหม่ ไฮโดรเจนก็ได้รับความสนใจมากขึ้นในฐานะตัวนำพลังงานและเชื้อเพลิงแห่งอนาคต

แบตเตอรี่ไฮโดรเจนแบบใหม่ที่มีอิเล็กโทรไลต์แข็งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ ด้วยความสามารถในการกักเก็บและปล่อยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่ำมาก ซึ่งต่ำกว่ารุ่นก่อนถึงสี่เท่า การทำงานที่เสถียรและประสิทธิภาพตามทฤษฎีเต็มพิกัด ความก้าวหน้านี้อาจช่วยให้สามารถสร้างแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นสูงและใช้งานได้นานขึ้นสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของรถยนต์ไฟฟ้าในสภาพอากาศที่รุนแรงได้อย่างมาก

คลิกที่นี่เพื่อดูรายชื่อหุ้นแบตเตอรี่ชั้นนำ

อ้างอิง:

1. Cho, TH, Chen, Y., Liao, DW, Kazyak, E., Penley, D., Jangid, MK, & Dasgupta, NP (2025) การทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถชาร์จเร็วได้ถึง 6C ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ผ่านการออกแบบอินเทอร์เฟซและสถาปัตยกรรม 3 มิติ จูล, 9(5), 101881. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881
2. เรือน, G. และ Dahleh, MA (2025) ระบบชาร์จไฟอัจฉริยะควบคุมอุณหภูมิสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในสภาพอากาศหนาวเย็น arXiv https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01105
3. Lu, Z., Tu, H., Fang, H., Wang, Y. และ Mou, S. (2024) ระบบชาร์จเร็วที่เหมาะสมที่สุดและการจัดการความร้อนแบบแอคทีฟที่ผสานรวมกันสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุณหภูมิแวดล้อมที่รุนแรง arXiv https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.04358
4. Hassan, MU, Bremner, S., Menictas, C., & Kay, M. (2024) การประเมินแบตเตอรี่ไฮโดรเจนและลิเธียมไอออนในระบบโซลาร์เซลล์บนดาดฟ้า วารสารการจัดเก็บพลังงาน, 86(ส่วน ก), 111182. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.111182
5. Liu, Z., Ma, Y., Khan, NA, Jiang, T., Zhu, Z., Li, K., Zhang, K., Liu, S., Xie, Z., หยวน, Y., Wang, M., Zheng, X., Sun, J., Wang, W., Meng, Y., Xu, Y., Chuai, M., Yang, J. และ Chen, W. (2025) แบตเตอรี่ลิเธียม-ไฮโดรเจนแบบชาร์จได้ Angewandte Chemie International Edition, 64(7), e202419663 https://doi.org/10.1002/anie.202419663
6. Hirose, T., Matsui, N., Itoh, T., Hinuma, Y., Ikeda, K., Gotoh, K., Jiang, G., Suzuki, K., Hirayama, M., & Kanno, R. (2025) ระบบกักเก็บไฮโดรเจนความจุสูงแบบย้อนกลับได้ โดยใช้สารอิเล็กโทรไลต์แข็งนำไฟฟ้า H⁻ วิทยาศาสตร์, 389(6766), 1252–1255. https://doi.org/10.1126/science.adw1996