Monday, 25 October 2021

แบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออน อายุยาว ราคาถูก

29 Aug 2021
113

ปี 2019 นักวิจัยเผยแพร่ผลงานเสนอการสร้างแบตเตอรี่อลูมิเนียมไอออนราคาถูก มีรอบใช้งานสูง (อ่าน)

เกริ่นนำ

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

ในที่นี้เราจะดำเนินวิธีการหาค่าความหนาแน่นพลังงาน และต้นทุนอย่างง่ายให้ท่านได้ทราบ

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