แบตเตอรี่โซเดียมโซลิดสเตตเป็นทางเลือกใหม่ที่น่าสนใจแทนแบตเตอรี่ลิเธียม

การวิจัยปัจจุบันวางโซเดียมไว้เป็นทางเลือกแทนแบตเตอรี่ ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในการแก้ไขปัญหาการขาดแคลนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

Báo Khoa học và Đời sống•06/10/2025

นักวิจัยได้พัฒนาแบตเตอรี่โซเดียมแบบโซลิดสเตตทั้งหมดที่สามารถรักษาประสิทธิภาพการทำงานได้แม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ แบตเตอรี่นี้พัฒนาโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ซึ่งอาจช่วยทดแทนอุปกรณ์พลังงานที่ใช้ลิเธียมได้

นักวิจัยยังเปิดเผยอีกว่าโซเดียมเป็นทางเลือกราคาถูก มีมากมาย และเป็นอันตรายน้อยกว่า แต่แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดที่พวกเขาสร้างขึ้นในปัจจุบันไม่ทำงานได้ดีที่อุณหภูมิห้อง

ucsd-jacobsschool-2407-meng-lab-deysher-grayson-06232-8mp-1380px.jpg — การวิจัยนี้ได้รับการนำโดยศาสตราจารย์ Y. Shirley Meng จาก Pritzker School of Molecular Engineering มหาวิทยาลัยชิคาโก

วิศวกรได้ให้ความร้อนแก่โซเดียมไฮดริโดโบเรตในรูปแบบกึ่งเสถียรจนถึงจุดที่เริ่มตกผลึก จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อทำให้โครงสร้างผลึกคงตัวตามหลักจลนศาสตร์ นี่เป็นเทคนิคที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง แต่ยังไม่เคยนำมาใช้กับอิเล็กโทรไลต์ของแข็งมาก่อน

ความคุ้นเคยดังกล่าวอาจช่วยเปลี่ยนนวัตกรรมในห้องแล็ปนี้ให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์จริงในอนาคตได้ นักวิจัยกล่าว

“ไม่ใช่เรื่องของโซเดียมหรือลิเธียม เราต้องการทั้งสองอย่าง” ศาสตราจารย์ วาย. เชอร์ลีย์ เหมิง จากคณะวิศวกรรมโมเลกุลพริตซ์เกอร์ มหาวิทยาลัยชิคาโก (UChicago PME - สหรัฐอเมริกา) กล่าว “เมื่อเราคิดถึงโซลูชันการกักเก็บพลังงานในอนาคต เราควรจินตนาการถึงโรงงานขนาดยักษ์แห่งเดียวกันนี้ที่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์จากทั้งเคมีของลิเธียมและโซเดียมได้ งานวิจัยใหม่นี้นำเราเข้าใกล้เป้าหมายสูงสุดนั้นมากขึ้น พร้อมกับการพัฒนา วิทยาศาสตร์ พื้นฐานไปพร้อมๆ กัน”

ทีมยังสังเกตว่าเคมีของโซเดียมนั้นน่าสนใจ แต่โซเดียมอิเล็กโทรไลต์ของแข็งแสดงให้เห็นสภาพนำไอออนิกที่จำกัดที่อุณหภูมิห้อง

งานของกลุ่ม UC San Diego ผสมผสานข้อมูลการคำนวณและการทดลองเพื่อประเมินลักษณะไม่เสถียรของโซเดียมไฮดริโดโบเรต และแสดงให้เห็นว่าการเย็นตัวอย่างรวดเร็วจากระบอบการตกผลึกจะล็อกไดนามิกของเฟสออร์โธรอมบิกด้วยการอพยพของ Na+ อย่างรวดเร็ว

แบตเตอรี่โซเดียมโซลิดสเตตให้ความหวังสำหรับโซลูชันพลังงานที่สร้างความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลง

นักวิจัยสังเกตว่า เมื่อรวมกับแคโทดเคลือบอิเล็กโทรไลต์โซลิดที่ใช้คลอไรด์ เฟสที่เสถียรเป็นพิเศษนี้จะช่วยให้สร้างแคโทดคอมโพสิตที่มีความหนาแน่นและโหลดพื้นที่สูงได้ ซึ่งจะรักษาประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ได้

เนื่องจากหลักการพื้นฐานคือการทำให้โครงสร้างแอนไอออนิกที่เอื้อต่อการแพร่มีความเสถียรทางจลนศาสตร์ วิธีการนี้จึงสามารถนำไปใช้กับไฮดริโดโบเรตที่เกี่ยวข้องและเคมีคลัสเตอร์แอนไอออนิกอื่นๆ ได้ งานวิจัยนี้นำเสนอกลยุทธ์การออกแบบที่ใช้งานได้จริงและแนวทางการประมวลผลสำหรับอิเล็กโทรไลต์ของแข็งประสิทธิภาพสูง ทีมวิจัยรายงาน

แซม โอห์ ผู้เขียนร่วมจากสถาบันวิจัยวัสดุและวิศวกรรม A*STAR ในสิงคโปร์ กล่าวว่า การวิจัยนี้ช่วยให้โซเดียมอยู่ในระดับที่เท่าเทียมกันมากขึ้นกับลิเธียมในแง่ของประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า

ความก้าวหน้าที่เราบรรลุคือ เรากำลังทำให้โครงสร้างกึ่งเสถียรที่ไม่เคยมีรายงานมาก่อนมีความเสถียร โครงสร้างกึ่งเสถียรของโซเดียมไฮดริโดโบเรตนี้มีค่าการนำไอออนสูงมาก สูงกว่าค่าการนำไอออนที่รายงานไว้ในเอกสารอย่างน้อยหนึ่งลำดับความสำคัญ และสูงกว่าสารตั้งต้นเองสามถึงสี่ลำดับความสำคัญ

งานวิจัยนี้นำเสนอแนวโน้มการใช้วัตถุดิบที่มีราคาถูกกว่าและหาได้ง่ายกว่าลิเธียมมาก เป็นเวลาหลายปีแล้วที่มนุษยชาติต้องแลกมาด้วยผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมหาศาล ควบคู่ไปกับการพัฒนาอุปกรณ์ดิจิทัลพกพา ในการทำเหมืองและกลั่นลิเธียม