โครงการของนาซ่า(NASA) ชื่อ เซเบอร์(SABERS) = Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety
https://www.nasa.gov/aeronautics/nasas-solid-state-battery-research-exceeds-initial-goals-draws-interest/
งานวิจัย
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775325000254
บทคัดย่อ
แบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตตทั้งหมด (ASSLB) ถือเป็นเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมรุ่นต่อไปที่มีแนวโน้มดีที่สุด เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงาน ปลอดภัย และมีเสถียรภาพ อย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตต (SSE) ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญใน ASSLB ก็ยังพบอุปสรรคที่สำคัญ เช่น การนำไอออนที่จำกัดและความต้านทานของส่วนต่อประสานที่สูงขึ้น อิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดคอมโพสิตที่มีลักษณะคล้ายแซนด์วิชได้รับการเสนอเพื่อแก้ไขปัญหาข้างต้น การออกแบบนี้มีเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดที่อุดมด้วยเซรามิก (CR) อยู่ระหว่างเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดที่อุดมด้วยโพลีเมอร์ (PR) สองอัน (เรียกว่า PR-CR-PR) เมมเบรน CR มีความแข็งแรงทางกล ป้องกันไม่ให้เดนไดรต์ลิเธียมแทรกซึมเข้าไป ในขณะที่เมมเบรน PR ช่วยเพิ่มการสัมผัสระหว่างส่วนต่อประสานกับอิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์ PR-CR-PR ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของโลหะลิเธียม ทำให้มีรอบการทำงานที่เสถียรนานกว่า 500 ชั่วโมงเท่านั้น แต่ยังขยายหน้าต่างไฟฟ้าเคมีเป็น 6.17 V อีกด้วย ผลไฟฟ้าเคมีแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ LiFePO4/PR-CR-PR/Li มีความจุจำเพาะ 161.97 mAh g−1 ที่ 0.2 C แบตเตอรี่ยังคงรักษาความจุจำเพาะของการคายประจุสูงที่ 147.72 mAh g−1 และอัตราการคงความจุที่ 91.2% หลังจาก 500 รอบ การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์ที่มีต้นทุนต่ำและมีเสถียรภาพสูงโดยใช้การออกแบบหลายชั้นสำหรับการผลิตจำนวนมากของ ASSLB ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง
ด้วยความนิยมที่เพิ่มขึ้นของยานยนต์ไฟฟ้า จึงมีความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นสำหรับความปลอดภัยของแบตเตอรี่และความหนาแน่นของพลังงาน ปัจจุบัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้ขั้วบวกกราไฟต์ ซึ่งเป็นความท้าทายในการบรรลุการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ขั้วบวกโลหะลิเธียมซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 3860 mAh g−1 ได้รับการวิจัยและนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย [[1], [2], [3]] แบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิมที่ใช้สารอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์เหลวนั้นมีปัญหาเรื่องความปลอดภัย เช่น การรั่วไหลของสารอิเล็กโทรไลต์ การเผาไหม้ และลิเธียมเดนไดรต์
Ai
การเปรียบเทียบราคาต่อหน่วยความจุไฟฟ้า (Ah) ระหว่าง **แบตเตอรี่ Solid-State** และ **แบตเตอรี่ NMC (Nickel Manganese Cobalt)** ในปี 2027 สามารถสรุปได้ดังนี้:
—
### 1. **ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อราคา**
– **Solid-State Battery**:
– **ข้อได้เปรียบ**: มีความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น (อาจสูงถึง 2-3 เท่าของ NMC) ความปลอดภัยดีกว่า (ไม่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟ) และอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
– **ข้อจำกัด**: ยังอยู่ในขั้นการพัฒนาทางการค้า กระบวนการผลิตซับซ้อน วัสดุอิเล็กโทรไลต์แข็ง (เช่น ซัลไฟด์หรือออกไซด์) มีราคาสูง
– **NMC Battery**:
– **สถานะปัจจุบัน**: เป็นเทคโนโลยีที่ครบวงจร การผลิตระดับสูง (Gigafactories) ทำให้ต้นทุนลดลงต่อเนื่อง
– **แนวโน้ม**: การปรับปรุงสูตรเคมี (เช่น NMC 811 ที่ลดการใช้โคบอลต์) และการรีไซเคิลวัสดุช่วยลดต้นทุน
—
### 2. **การคาดการณ์ราคาต่อ Ah ในปี 2027**
สมมติใช้แรงดันเฉลี่ย **3.7V** สำหรับ NMC และ **4.5V** สำหรับ Solid-State (เนื่องจากแรงดันสูงขึ้น):
| ประเภทแบตเตอรี่ | ราคาต่อ kWh (2027) | แรงดัน (V) | ราคาต่อ Ah (USD/Ah) |
|——————|———————|————|———————-|
| **NMC** | ~70-90 USD/kWh | 3.7 | **0.19–0.24 USD/Ah** |
| **Solid-State** | ~150-250 USD/kWh | 4.5 | **0.33–0.56 USD/Ah** |
**สูตรคำนวณ**:
\[ \text{ราคาต่อ Ah} = \frac{\text{ราคาต่อ kWh} \times 1,000}{\text{แรงดัน (V)} \times 1,000} \]
– **NMC**: \( \frac{70}{3.7} \approx 0.19 \, \text{USD/Ah} \)
– **Solid-State**: \( \frac{150}{4.5} \approx 0.33 \, \text{USD/Ah} \)
—
### 3. **ปัจจัยที่อาจเปลี่ยนแปลงการคาดการณ์**
– **Solid-State**:
– หากมีผู้ผลิตหลัก (เช่น Toyota, QuantumScape) เริ่มผลิตจำนวนมาก ราคาอาจลดลงอย่างรวดเร็ว
– การใช้วัสดุใหม่ (เช่น อิเล็กโทรไลต์ออกไซด์แทนซัลไฟด์) อาจลดต้นทุน
– **NMC**:
– ราคาวัตถุดิบ (นิกเกิล โคบอลต์) ที่ผันผวน และกฎหมายสิ่งแวดล้อมอาจเพิ่มต้นทุน
– การพัฒนาสูตรเคมีแบบไร้โคบอลต์ (LMFP หรือ LNMO) อาจลดราคา
—
### 4. **สรุป**
– **ราคาต่อ Ah**: ในปี 2027 คาดว่า **Solid-State** จะยังมีราคาสูงกว่า **NMC** ประมาณ **1.5–2.5 เท่า** เนื่องจากข้อจำกัดด้านการผลิต
– **มูลค่าต่อการใช้**: Solid-State อาจคุ้มค่ากว่าในระยะยาว เนื่องจากอายุการใช้งานยาวนานและน้ำหนักเบา (เหมาะสำหรับรถไฟฟ้าและอุปกรณ์พกพา)
– **ความไม่แน่นอน**: หาก Solid-State บรรลุการผลิตระดับอุตสาหกรรมได้ก่อนปี 2027 ราคาอาจลดลงใกล้เคียง NMC
—
**หมายเหตุ**: ข้อมูลนี้เป็นการประมาณการจากแนวโน้มปัจจุบันและสมมติฐานทางเทคโนโลยี การเปลี่ยนแปลงนโยบายรัฐบาลหรือนวัตกรรมที่ disrupt อาจส่งผลต่อราคาจริง!
อย่าพึ่งซื้อรถไฟฟ้า อีก 2 ปี มี Solid State Battery ชาร์จแค่ 9 นาที วิ่งได้ไกล ปลอดภัยไม่ระเหยไหม้ระเบิดเพราะเป็นของแข็ง
กระทู้คำถาม
น้ำมันเชื้อเพลิง
รถยนต์
รถยนต์ไฟฟ้า
โครงการของนาซ่า(NASA) ชื่อ เซเบอร์(SABERS) = Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety
https://www.nasa.gov/aeronautics/nasas-solid-state-battery-research-exceeds-initial-goals-draws-interest/
งานวิจัย
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775325000254
บทคัดย่อ
แบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตตทั้งหมด (ASSLB) ถือเป็นเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมรุ่นต่อไปที่มีแนวโน้มดีที่สุด เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงาน ปลอดภัย และมีเสถียรภาพ อย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตต (SSE) ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญใน ASSLB ก็ยังพบอุปสรรคที่สำคัญ เช่น การนำไอออนที่จำกัดและความต้านทานของส่วนต่อประสานที่สูงขึ้น อิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดคอมโพสิตที่มีลักษณะคล้ายแซนด์วิชได้รับการเสนอเพื่อแก้ไขปัญหาข้างต้น การออกแบบนี้มีเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดที่อุดมด้วยเซรามิก (CR) อยู่ระหว่างเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดที่อุดมด้วยโพลีเมอร์ (PR) สองอัน (เรียกว่า PR-CR-PR) เมมเบรน CR มีความแข็งแรงทางกล ป้องกันไม่ให้เดนไดรต์ลิเธียมแทรกซึมเข้าไป ในขณะที่เมมเบรน PR ช่วยเพิ่มการสัมผัสระหว่างส่วนต่อประสานกับอิเล็กโทรด อิเล็กโทรไลต์ PR-CR-PR ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของโลหะลิเธียม ทำให้มีรอบการทำงานที่เสถียรนานกว่า 500 ชั่วโมงเท่านั้น แต่ยังขยายหน้าต่างไฟฟ้าเคมีเป็น 6.17 V อีกด้วย ผลไฟฟ้าเคมีแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ LiFePO4/PR-CR-PR/Li มีความจุจำเพาะ 161.97 mAh g−1 ที่ 0.2 C แบตเตอรี่ยังคงรักษาความจุจำเพาะของการคายประจุสูงที่ 147.72 mAh g−1 และอัตราการคงความจุที่ 91.2% หลังจาก 500 รอบ การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีในการเตรียมอิเล็กโทรไลต์ที่มีต้นทุนต่ำและมีเสถียรภาพสูงโดยใช้การออกแบบหลายชั้นสำหรับการผลิตจำนวนมากของ ASSLB ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง
ด้วยความนิยมที่เพิ่มขึ้นของยานยนต์ไฟฟ้า จึงมีความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นสำหรับความปลอดภัยของแบตเตอรี่และความหนาแน่นของพลังงาน ปัจจุบัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้ขั้วบวกกราไฟต์ ซึ่งเป็นความท้าทายในการบรรลุการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ขั้วบวกโลหะลิเธียมซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 3860 mAh g−1 ได้รับการวิจัยและนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย [[1], [2], [3]] แบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิมที่ใช้สารอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์เหลวนั้นมีปัญหาเรื่องความปลอดภัย เช่น การรั่วไหลของสารอิเล็กโทรไลต์ การเผาไหม้ และลิเธียมเดนไดรต์
Ai
การเปรียบเทียบราคาต่อหน่วยความจุไฟฟ้า (Ah) ระหว่าง **แบตเตอรี่ Solid-State** และ **แบตเตอรี่ NMC (Nickel Manganese Cobalt)** ในปี 2027 สามารถสรุปได้ดังนี้:
—
### 1. **ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อราคา**
– **Solid-State Battery**:
– **ข้อได้เปรียบ**: มีความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น (อาจสูงถึง 2-3 เท่าของ NMC) ความปลอดภัยดีกว่า (ไม่มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟ) และอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
– **ข้อจำกัด**: ยังอยู่ในขั้นการพัฒนาทางการค้า กระบวนการผลิตซับซ้อน วัสดุอิเล็กโทรไลต์แข็ง (เช่น ซัลไฟด์หรือออกไซด์) มีราคาสูง
– **NMC Battery**:
– **สถานะปัจจุบัน**: เป็นเทคโนโลยีที่ครบวงจร การผลิตระดับสูง (Gigafactories) ทำให้ต้นทุนลดลงต่อเนื่อง
– **แนวโน้ม**: การปรับปรุงสูตรเคมี (เช่น NMC 811 ที่ลดการใช้โคบอลต์) และการรีไซเคิลวัสดุช่วยลดต้นทุน
—
### 2. **การคาดการณ์ราคาต่อ Ah ในปี 2027**
สมมติใช้แรงดันเฉลี่ย **3.7V** สำหรับ NMC และ **4.5V** สำหรับ Solid-State (เนื่องจากแรงดันสูงขึ้น):
| ประเภทแบตเตอรี่ | ราคาต่อ kWh (2027) | แรงดัน (V) | ราคาต่อ Ah (USD/Ah) |
|——————|———————|————|———————-|
| **NMC** | ~70-90 USD/kWh | 3.7 | **0.19–0.24 USD/Ah** |
| **Solid-State** | ~150-250 USD/kWh | 4.5 | **0.33–0.56 USD/Ah** |
**สูตรคำนวณ**:
\[ \text{ราคาต่อ Ah} = \frac{\text{ราคาต่อ kWh} \times 1,000}{\text{แรงดัน (V)} \times 1,000} \]
– **NMC**: \( \frac{70}{3.7} \approx 0.19 \, \text{USD/Ah} \)
– **Solid-State**: \( \frac{150}{4.5} \approx 0.33 \, \text{USD/Ah} \)
—
### 3. **ปัจจัยที่อาจเปลี่ยนแปลงการคาดการณ์**
– **Solid-State**:
– หากมีผู้ผลิตหลัก (เช่น Toyota, QuantumScape) เริ่มผลิตจำนวนมาก ราคาอาจลดลงอย่างรวดเร็ว
– การใช้วัสดุใหม่ (เช่น อิเล็กโทรไลต์ออกไซด์แทนซัลไฟด์) อาจลดต้นทุน
– **NMC**:
– ราคาวัตถุดิบ (นิกเกิล โคบอลต์) ที่ผันผวน และกฎหมายสิ่งแวดล้อมอาจเพิ่มต้นทุน
– การพัฒนาสูตรเคมีแบบไร้โคบอลต์ (LMFP หรือ LNMO) อาจลดราคา
—
### 4. **สรุป**
– **ราคาต่อ Ah**: ในปี 2027 คาดว่า **Solid-State** จะยังมีราคาสูงกว่า **NMC** ประมาณ **1.5–2.5 เท่า** เนื่องจากข้อจำกัดด้านการผลิต
– **มูลค่าต่อการใช้**: Solid-State อาจคุ้มค่ากว่าในระยะยาว เนื่องจากอายุการใช้งานยาวนานและน้ำหนักเบา (เหมาะสำหรับรถไฟฟ้าและอุปกรณ์พกพา)
– **ความไม่แน่นอน**: หาก Solid-State บรรลุการผลิตระดับอุตสาหกรรมได้ก่อนปี 2027 ราคาอาจลดลงใกล้เคียง NMC
—
**หมายเหตุ**: ข้อมูลนี้เป็นการประมาณการจากแนวโน้มปัจจุบันและสมมติฐานทางเทคโนโลยี การเปลี่ยนแปลงนโยบายรัฐบาลหรือนวัตกรรมที่ disrupt อาจส่งผลต่อราคาจริง!
ถูกใจให้พอยต์