Monday, 5 December 2022

แบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออน ส่วนประกอบล่าสุด

29 Aug 2021
532

ปี 2019 นักวิจัยเผยแพร่ผลงานเสนอการสร้างแบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออนราคาถูก มีรอบใช้งานสูง (อ่าน)

เกริ่นนำ

อลูมิเนียมเป็นแร่ที่มีมากอันดับ 3 ของโลก โดยแร่ bauxite ที่ใช้ทำอลูมิเนียมมีมากถึง 30,000 ล้านตัน นอกจากนี้จากผลงานวิจัยที่เผยแพร่ ทำให้ทราบว่าแบตเตอรี่ที่ทำจากอลูมิเนียมมีอายุการใช้งานสูง ต้นทุนต่ำ สามารถนำมา recycle ได้ง่าย

ในที่นี้เราจะดำเนินวิธีการหาค่าความหนาแน่นพลังงาน และต้นทุนอย่างง่ายให้ท่านได้ทราบ

Version 1 Ionic Liquid Electrolyte

วิธีการ

  1. ขั้ว Anode ขนาด 1x1cm หนา 10um (ราคา)
  2. Expanded Graphite ที่ Cahode ขนาด 1×1 cm หนา 30um ที่ Load 6.16g/cm2 (ราคา)
  3. Triethylamine hydrochloride, 98%
    (ราคา)
  4. Aluminium chloride, 98.5%, extra pure, anhydrous, powder, ACROS Organics™
    (ราคา)
  5. Glass seperator whatman 934h or compatible หนาแน่น 64g/m2 (ราคา)

Electrolyte

ผสม AlCl3 กับ Et3Nhcl อัตราส่วน 1.5:1

AlCl3 มีน้ำหนัก 133.33 กรัมต่อโมล ดังนัั้น 1.5 โมลหนัก 133.33×1.5= 199.995 กรัม ราคา 0.239994 USD

Et3Nhcl หนัก 137.65 กรัมต่อโมล ดังนั้น 1 โมลหนัก 137.65 กรัม ราคา 0.167933 USD

สารละลาย ionic liquid ที่ได้หนัก 270.98 กรัม หนาแน่นประมาณ 1.45 g/mL

ใช้สารละลายประมาณ 175uL ต่อตร.ซม.

ขั้ว Anode

Aluminium มีความหนาแน่น 2.7ก./ลบ.ซม. ดังนั้น Aluminium 1x1x0.001 หนัก

2.7×10^-3=0.0027 กรัม ราคา 0.003×0.0027=8.1×10^-6 USD

ขั้ว Cathode

Expanded Graphite ถูกอัดเป็นแผ่นที่ความหนาแน่น 6.16 mg/cm2 ดังนั้นขั้ว cathode หนัก 0.00616g ราคา 2×0.00616/1000=1.232×10^-5 USD

จากผลวิจัย เราพบ cathodic current 101 mAh/g เพราะฉะนั้น 1 ตร.ซม. มีกระแส
101×0.00616=0.62216 mAh

Seperator

ราคา 7.8 usd/kg 1 ตร.ซม. หนัก 64/10,000 ราคาต่อตร.ซม.เท่ากับ (7.8/1000)*(64/10000)= 4.992e-5 usd

Stacking Battery

ถ้าทำการซ้อน Anode อีกชั้นจะได้กระแสเพิ่มเป็น 1.24432mAh

เซลล์มีน้ำหนัก (6.16)+(2.7*2)+(2*6.4)=24.36mg

จะได้ว่า แบตเตอรี่มีความหนาแน่นกระแส 51.08mAh/g

ราคา 8.1×10^-6+1.232×10^-5+electrolyte+4.992e-5 =

0.00007034 usd ต่อตร.ซม. หรือต่อ 51.08mAh/g


ข้อคาดการณ์

จาก (เอกสาร) เราสามารถใช้ Gel Polymer เป็น electrolyte ได้ และหากที่ Mass Loading 6.16 g/cm2 ใช้ได้ เราจะได้ว่า

ต้นทุนเป็นค่า electrolyte อย่างเดียวถ้า electrolyte loading เป็น 3 mg/cm2 ต้นทุนอิเล็กโตรไลท์จะลดลงเป็น (1.8+2.3)/1000=0.0041 usd/g หรือ 0.0000123usd/ตร.ซม.

หรือแบตเตอรี่มีต้นทุน

0.00003272 usd/ตร.ซม. หรือ 0.3272 usd/m2 และมีความหนาแน่นกระแสเป็น 1.24432/(17.56/1000)mAh/g =70.86mAh/g

Version 2 Gel Solid Electrolyte

มีรายงานการใช้ KOH ethched graphite (อ่าน) เป็นแคโทด

ข้อคาดการณ์

  1. สามารถใช้กับ triethylamine hydrochloride และ AlCl3 แบบ Gel ด้วย Polyamide ตาม (อ่าน) เป็น solid electrolyte ได้
  2. สามารถใช้ Stainless Stell Foil 6-10 micron เป็น cathode collector ได้