แบตเตอรี่ชนิดโซเดียมไอออนเพื่อเทคโนโลยีกักเก็บพลังงานแห่งอนาคต
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนได้รับความนิยมเป็นอย่างมากสำหรับการใช้เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์ ตั้งแต่เริ่มวางจำหน่ายครั้งแรกในปี ค.ศ. 1990 และกลายเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์ต่างๆ ที่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้ามาจนถึงปัจจุบันเนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานสูง อย่างไรก็ตามวัตถุดิบหลักที่นำมาใช้ผลิตแบตเตอรี่ชนิดนี้คือ สารประกอบลิเทียมที่มีปริมาณจำกัดและมีอยู่ในบางประเทศเท่านั้น ส่งผลให้มีราคาสูง จึงทำให้มีนักวิจัยมากมายที่พยายามศึกษาหาแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่มีความคุ้มค่า และยั่งยืนเพื่อทดแทนแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออน โดยแบตเตอรี่ชนิดโซเดียมไอออนถือเป็นแบตเตอรี่ทางเลือกที่น่าสนใจ เนื่องจากมีราคาถูก เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีแหล่งทรัพยากรโซเดียมที่เพียงพอ แม้ว่าในปัจจุบันมีบริษัทต่างๆ ได้ผลิตเซลล์ต้นแบบแบตเตอรี่ชนิดโซเดียมไอออนแล้ว แต่แบตเตอรี่ชนิดนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออน และยังคงต้องการการพัฒนาและการวิจัยทางด้านวัสดุเชิงลึก เพื่อผลิตและปรับปรุงขั้วแอโนด ขั้วแคโทด และอิเล็กโทรไลต์ให้เหมาะสมสำหรับแบตเตอรี่ชนิดโซเดียมไอออนที่มีประสิทธิภาพ เพื่อผลิตสู่การค้าเชิงพาณิชย์ต่อไป
Article Details
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เอกสารอ้างอิง
นงลักษณ์ มีทอง. (2554). แบตเตอรี่ชนิดใหม่เพื่ออนาคต: แบตเตอรี่ชนิดโซเดียมไอออน. วารสารวิทยาศาสตร์ มข. 39(4): 598-607.
Alvarado, J., Ma, C., Wang, S., Nguyen, K., Kodur, M., and Meng, Y. S. (2017). Improvement of the Cathode Electrolyte Interphase on P2- Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 by Atomic Layer Deposition. ACS Applied Materials and Interfaces 9: 26518−26530.
ARPA-E. (2020). DOE Announces $24 Million for Commercial Scaling of Battery and Methane Detection Technologies. Retrieved November 23, 2020, from https://arpa-e.energy.gov/news-and-media/press -releases/doe-announces-24-million-commercial-scal-ing-battery-and-methane.
Bianchini, M., Gonzalo, E., Drewett, N. E., Ortiz-Vitoriano, N., del Amo, J. M. L., Bonilla, F. J., Acebedo, B., and Rojo, T. (2018). Layered P2-O3 sodium-ion cathodes derived from earth abundant elements. Journal of Materials Chemistry 6(8): 3552-3559.
Chen, M., Liu, Q., Wang, S., Wang, E., Guo, X., and Chou, S. (2019). High-Abundance and Low-Cost Metal-Based Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries: Problems, Progress, and Key Technologies. Advanced Energy Materials 9(14): 1803609.
Cui, J., Yao, J., and Kim, K. (2017). Recent progress in rational design of anode materials for high-performance Na-ion batteries. Energy Storage Materials 7: 64-114.
Edelstein, S. (2015). Faradion Electric Bike: Prototype Powered by Sodium-Ion Batteries. Retrieved November 26, 2020, from https://www.greencarreports.com /news/10984 34_faradion-electric-bike prototype-powered-by-sodium-ion- batteries.
Eshetu, G. G., Elia, G. A., Armand, M., Forsyth, M., Komaba, S., Rojo, T., and Passerini, S. (2020). Electrolytes and Interphases in Sodium-Based Rechargeable Batteries: Recent Advances and Perspectives. Advanced Energy Materials 10(20): 2000093.
Goikolea, E., Palomares, V., Wang, S., Ruiz de Larramendi, I., Guo, X., Wang, G., and Rojo, T. (2020). Na-Ion Batteries-Approaching Old and New Challenges. Advanced Energy Materials 10(44): 202002055.
Goktas, M., Bolli, C., Buchheim, J., Berg, E. J., Novak, P., Bonilla, F., Rojo, T., Komaba, S., Kubota, K., and Adelhelm, P. (2019). Stable and Unstable Diglyme-Based Electrolytes for Batteries with Sodium or Graphite as Electrode. ACS Applied Materials and Interfaces 11(36): 32844-32855.
Goni, A., Iturrondobeitia, A., de Muro, I. G., Lezama, L., and Rojo, T. (2017). Na2.5Fe1.75(SO4)3/Ketjen/rGO:An advanced cathode composite for sodium ion batteries. Journal of Power Sources 369: 95-102.
Green Car Congress. (2015). French researchers develop sodium-ion battery in 18650 format; performance comparable to Li-ion. Retrieved November 26, 2020, from https:// www.greencarcongress.com/2015 /11/20151127-rs2e. html.
Hall, N., Boulineau, S., Croguennec, L., Launois, S., Masquelier, C., and Simonin, L. (2017). WO 2017/064189 A1.
Han, J., Zhang, H., Varzi, A., and Passerini, S. (2018). Fluorine-Free Water-in-Salt Electrolyte for Green and Low-Cost Aqueous Sodium-Ion Batteries. Chemsuschem 11(21): 3704-3707.
Hou, H., Banks, C. E., Jing, M., Zhang, Y., and Ji, X. (2015). Carbon Quantum Dots and Their Derivative 3D Porous Carbon Frameworks for Sodium-Ion Batteries with Ultralong Cycle Life. Advanced Materials 27(47): 7861-7866.
Jache, B., and Adelhelm, P. (2014). Use of Graphite as a Highly Reversible Electrode with Superior Cycle Life for Sodium-Ion Batteries by Making Use of Co-Intercalation Phenomena. Angewandte Chemie 53(38): 10169-10173.
Katcho, N. A., Carrasco, J., Saurel, D., Gonzalo, E., Han, M., Aguesse, F., and Rojo, T. (2016). Origins of Bistability and Na Ion Mobility Difference in P2- and O3-Na2/3Fe2/3Mn1/3O2 Cathode Polymorphs. Advanced Energy Materials 7(1): 1601477.
Kim, J., Kim, H., and Kang, K. (2018). Conversion-Based Cathode Materials for Rechargeable Sodium Batteries. Advanced Energy Materials 8(17): 1702646.
Kubota, K., Kumakura, S., Yoda, Y., Kuroki, K., and Komaba, S. (2018). Electrochemistry and Solid-State Chemistry of NaMeO2 (Me = 3d Transition Metals). Advanced Energy Materials 8(17): 1703415.
Kuze, S., Kageura, J., Matsumoto, S., Nakayama, T., Makidera, M., Saka, M., Yamaguchi, T., Yamamoto, T., and Nakane, K. (2013). Development of a Sodium Ion Secondary Battery. Retrieved November 25, 2020, from https://www.sumitomo-chem.co. jp/english/rd/report/ files/docs/2013E_3. pdf.
Lee, B., Paek, E., Mitlin, D., and Lee, S. W. (2019). Sodium Metal Anodes: Emerging Solutions to Dendrite Growth. Chemical Reviews 119(8): 5416-5460.
Lee, J. (2014). Low Cost Sodium-ion Battery to Enable Grid Scale Energy Storage: Prussian Blue-Derived Cathode and Complete Battery Integration. Retrieved November 24, 2020, from https://www.sandia.gov/ess-ssl/docs/pr_ conferences/2014/Wednesday/PosterSession4/10_Lee_JJ_Low-Cost_Sodium-ion _poster.pdf.
Lee, M., Hong, J., Lopez, J., Sun, Y., Feng, F., Lim, K., Chueh, W. C., Toney, M. F., Cui, Y., and Bao, Z. (2017). High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate. Nature Energy 2: 861–868.
Li, A. H., Feng, Z. Y., Sun, Y., Shang, L. M., and Xu, L. Q. (2017). Porous organic polymer/RGO composite as high performance cathode for half and full sodium ion batteries. Journal of Power Sources 343: 424-430.
Li, Y., Yang, Y., Lu, Y., Zhou, Q., Qi, X. G., Meng, Q., Rong, X., Chen, L., and Hu, Y.-S. (2020). Ultralow-Concentration Electrolyte for Na-Ion Batteries. ACS Energy Letters 5(4): 1156-1158.
Lu, Y., Lu, Y., Niu, Z., and Chen, J. (2018). Graphene-Based Nanomaterials for Sodium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 1702469.
Masquelier, C., and Croguennec, L. (2013). Polyanionic (Phosphates, Silicates, Sulfates) Frameworks as Electrode Materials for Rechargeable Li (or Na) Batteries. Chem. Rev., 113, 6552−6591.
Muñoz-Márquez, M. Á., Saurel, D., Gómez-Cámer, J. L., Casas-Cabanas, M., Castillo-Martínez, E., and Rojo, T. (2017). Na-Ion Batteries for Large Scale Applications: A Review on Anode Materials and Solid Electrolyte Interphase Formation. Advanced Energy Materials 1700463.
Nakamoto, K., Kano, Y., Kitajou, A., and Okada, S. (2016). Electrolyte dependence of the performance of a Na2FeP2O7//NaTi2(PO4)3 rechargeable aqueous sodium-ion battery. Journal of Power Sources 327: 327-332.
Noi, K., Suzuki, K., Tanibata, N., Hayashi, A., and Tatsumisago, M. (2018). Liquid-phase sintering of highly Na+ ion conducting Na3Zr2Si2PO12 ceramics using Na3BO3 additive. Journal of the American Ceramic Society 101(3): 1255-1265.
Qi, Y. R., Mu, L. Q., Zhao, J. M., Hu, Y. S., Liu, H. Z., and Dai, S. (2015). Superior Na-Storage Performance of Low-Temperature-Synthesized Na-3(VO1-xPO4)(2)F1+2x (0 <= x <= 1) Nanoparticles for Na-Ion Batteries. Angewandte Chemie 54(34): 9911-9916.
Qiao, L., Judez, X., Rojo, T., Armand, M., and Zhang, H. (2020). Review—Polymer Electrolytes for Sodium Batteries. Journal of the Electrochemical Society 167: 070534.
Qin, D., Liu, Z., Zhao, Y., Xu, G., Zhang, F., and Zhang, X. (2018). A sustainable route from corn stalks to N, P-dual doping carbon sheets toward high performance sodium-ion batteries anode. Carbon 130: 664-671.
Rong, X., Lu, Y., Qi, X., Zhou, Q., Kong, W., Tang, K., Chen, L., and Hu, Y. (2020). Na-ion batteries: From fundamental research to engineering exploration. Energy Storage Science and Technology 9(2): 515-522.
Saurel, D., Orayech, B., Xiao, B., Carriazo, D., Li, X., and Rojo, T. (2018). From Charge Storage Mechanism to Performance: A Roadmap toward High Specific Energy Sodium-Ion Batteries through Carbon Anode Optimization. Advanced Energy Materials 1703268.
Sayers, R., Barker, R., and Heap, R. (2015). WO 2015/177544 A1.
Sun, B., Pompe, C., Dongmo, S., Zhang, J., Kretschmer, K., Schröder, D., Janek, J., and Wang, G. (2018). Challenges for Developing Rechargeable Room-Temperature Sodium Oxygen Batteries. Advanced Materials Technologies 3: 1800110.
Suo, L. M., Borodin, O., Wang, Y. S., Rong, X. H., Sun, W., Fan, X. L., Xu, S. Y., Schroeder, M. A., Cresce, A. V., Wang, F., Yang, C. Y., Hu, Y. S., Xu, K., and Wang, C. S. (2017). "Water-in-Salt" Electrolyte Makes Aqueous Sodium-Ion Battery Safe, Green, and Long-Lasting. Advanced Energy Materials 7(21): 1701189.
Taimat Energy. (n.d.). TAIMAT Powerful, Fast charging, Enduring cells Thanks Sodium-Ion. Retrieved November 25, 2020, from http://www.tiamat-energy.com/.
Wen, Z., Hu, Y., Wu, X., Han, J., and Gu, Z. (2013). Main Challenges for High Performance NAS Battery: Materials and Interfaces. Advanced Functional Materials 23: 1005–1018.
Xie, D., Zhang, M., Wu, Y., Xiang, L., and Tang, Y. (2020). A Flexible Dual-Ion Battery Based on Sodium-Ion Quasi-Solid-State Electrolyte with Long Cycling Life. Advanced Functional Materials 30(5): 1906770.
Xu, Y., Zhou, M., and Lei, Y. (2018). Organic materials for rechargeable sodium-ion batteries. Materials Today 21(1): 60-78.
Yin, J., Qi, L., and Wang, H. (2012). Sodium Titanate Nanotubes as Negative Electrode Materials for Sodium-Ion Capacitors. ACS Applied Materials and Interfaces 4: 2762−2768.
You, Y., and Manthiram, A. (2017). Progress in High-Voltage Cathode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 1701785.
Yu, F., Du, L., Zhang, G., Su, F., Wang, W., and Sun, S. (2019). Electrode Engineering by Atomic Layer Deposition for Sodium-Ion Batteries: From Traditional to Advanced Batteries. Advanced Functional Materials 1906890.
Zhang, Y., Liu, S. Q., Ji, Y. J., Ma, J. M., and Yu, H. J. (2018). Emerging Nonaqueous Aluminum-Ion Batteries: Challenges, Status, and Perspectives. Advanced Materials 30(38): 1706310.
Zhang, Z., Zhang, Q., Ren, C., Luo, F., Ma, Q., Hu, Y., Zhou, Z., Li, H., Huang, X., and Chen, L. (2016). A ceramic/polymer composite solid electrolyte for sodium batteries. Journal of Materials Chemistry A 4(41): 15823-15828.
Zhang, Z., Zhang, Q., Shi, J., Chu, Y. S., Yu, X., Xu, K., Ge, M., Yan, H., Li, W., Gu, L., Hu, Y., Li, H., Yang, X., Chen, L., and Huang, X. (2016). A Self-Forming Composite Electrolyte for Solid-State Sodium Battery with Ultralong Cycle Life. Advanced Energy Materials 7(4): 1601196.
Zhou, G. Y., Miao, Y. E., Wei, Z. X., Mo, L. L., Lai, F. L., Wu, Y., Ma, J. M., and Liu, T. X. (2018). Bioinspired Micro/Nanofluidic Ion Transport Channels for Organic Cathodes in High-Rate and Ultrastable Lithium /Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 28(52): 1804629.
