แบตเจล vs แบตลิเธียม vs แบตตะกั่วกรด

ชีวิตประจำวันและการใช้งานในอุตสาหกรรมของเรานั้นแยกออกจากการใช้แบตเตอรี่ไม่ได้ด้วยเทคโนโลยีที่พัฒนาอย่างต่อเนื่องทำให้มีแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ มากขึ้น จากบทความแบเตอรี่ลิเธียมมีกี่ชนิด ได้เรียนรู้แบตเตอรี่ลิเธียมได้อย่างชัดเจน แต่แบตเจลคืออะไร แบตชนิดนี้มีลักษณะอย่างไร บทความนี้เปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของแบตเตอรี่ลิเธียม แบตเตอรี่ตะกั่วกรด และแบตเจล

แบตเจลคืออะไร

แบตเจลอยู่ในประเภทการพัฒนาของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด วิธีการคือ เติมสารก่อเจลลงในกรดซัลฟิวริกเพื่อทำให้อิเล็กโทรไลต์ของกรดซัลฟิวริกอยู่ในสถานะคอลลอยด์ แบตเตอรี่ที่อิเล็กโทร-ไฮดรอลิคอยู่ในสถานะคอลลอยด์ มักเรียกว่าแบตแบตเจล

ความแตกต่างระหว่างแบตเจลและแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดทั่วไปคือตั้งแต่ความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับการเกิดเจลอิเล็กโทรไลต์ ไปจนถึงการศึกษาคุณลักษณะทางเคมีไฟฟ้าของโครงสร้างพื้นฐานของอิเล็กโทรไลต์ และการประยุกต์ใช้และการส่งเสริมกริดและวัสดุแอคทีฟ

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดคือ: ใช้ต้นทุนทางอุตสาหกรรมน้อยลงเพื่อผลิตแบตเตอรี่ที่มีคุณภาพดีขึ้น กราฟการคายประจุจะแบนราบ จุดบิดงอสูง พลังงานและพลังงานของแบตเตอรี่มากกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดทั่วไปมากกว่า 20% และอายุการใช้งานโดยทั่วไป เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดทั่วๆ ไป แบตเตอรี่กรดมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นประมาณ 2 เท่า และลักษณะอุณหภูมิสูงและต่ำจะดีกว่ามาก

ความแตกต่างระหว่างแบตเจล VS แบตลิเธียม VS แบตตะกั่วกรด

แบตเตอรี่ลิเธียม

หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมดังแสดงในรูปด้านล่าง ระหว่างกระบวนการคายประจุ ขั้วบวกจะสูญเสียอิเล็กตรอน และไอออนลิเธียมจะย้ายจากอิเล็กโทรไลต์ไปยังขั้วลบ ในทางกลับกันระหว่างกระบวนการชาร์จ ไอออนของลิเธียมจะย้าย ไปที่ขั้วบวก
แบตเตอรี่ลิเธียมมีอัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักและอัตราส่วนพลังงานต่อปริมาตรที่สูงกว่า อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ จำนวนรอบการชาร์จ/คายประจุแบตเตอรี่จะมากกว่า 500 รอบ แบตเตอรี่ลิเธียมมักจะถูกชาร์จด้วยกระแสไฟฟ้าที่ ความจุ 0.5 ถึง 1 เท่า เวลาในการชาร์จสั้นลง ส่วนประกอบของแบตเตอรี่ไม่มีองค์ประกอบของโลหะหนัก และไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม สามารถใช้แบบขนานได้ตามต้องการ และปรับความจุได้ง่าย อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายของแบตเตอรี่สูง

สาเหตุหลักมาจากราคาของวัสดุขั้วบวก LiCoO2 ที่สูง (ทรัพยากรของ Co น้อยกว่า) และความยากในการทำให้ระบบอิเล็กโทรไลต์บริสุทธิ์ และไม่สามารถคายประจุด้วยกระแสไฟฟ้าปริมาณมากได้ เนื่องจากเหตุผลต่างๆ เช่น ระบบอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จึงค่อนข้างใหญ่เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ

แบตเตอรี่ตะกั่วกรด

หลักการของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีดังนี้ เมื่อแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับโหลดและคายประจุ กรดซัลฟิวริกเจือจางจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุที่ใช้งานบนแคโทดและแอโนดเพื่อสร้างสารประกอบตะกั่วซัลเฟตใหม่ ส่วนประกอบของกรดซัลฟิวริกถูกปลดปล่อยออกจากอิเล็กโทรไลต์ผ่านการคายประจุ และยิ่งปล่อยนานเท่าใด ความเข้มข้นของกรดก็จะยิ่งบางลงเท่านั้น ตราบเท่าที่วัดความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกในอิเล็กโทรไลต์ได้ ก็จะสามารถวัดพลังงานที่เหลืออยู่ได้

เนื่องจากการชาร์จบนแผ่นแอโนด ตะกั่วซัลเฟตที่ผลิตบนแผ่นแคโทดจะถูกย่อยสลายและรีดิวซ์เป็นกรดซัลฟิวริก ตะกั่ว และตะกั่วออกไซด์ ดังนั้นความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริกจึงค่อย ๆ เพิ่มขึ้น เมื่อตะกั่วซัลเฟตที่ขั้วทั้งสองลดลงเป็นสารเดิมก็เท่ากับสิ้นสุดการชาร์จและรอกระบวนการคายประจุต่อไป

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดได้รับการผลิตทางอุตสาหกรรมมาเป็นเวลานานที่สุด ดังนั้นจึงมีเทคโนโลยีที่สมบูรณ์ที่สุด ความเสถียร และการนำไปใช้งาน แบตเตอรี่ใช้กรดซัลฟิวริกเจือจางเป็นอิเล็กโทรไลต์ซึ่งไม่ติดไฟและมีความปลอดภัยสูง อุณหภูมิในการทำงานและช่วงกระแสไฟฟ้ากว้าง และประสิทธิภาพการจัดเก็บดี อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของพลังงานต่ำ วงจรชีวิตสั้น และมีปัญหามลพิษจากสารตะกั่ว

แบตเจล

แบตเจลใช้หลักการดูดซับขั้วลบเพื่อปิดผนึกแบตเตอรี่ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาจากขั้วบวก และไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาจากขั้วลบ วิวัฒนาการของออกซิเจนที่ขั้วบวกเริ่มต้นเมื่อประจุของขั้วบวกถึง 70% ออกซิเจนที่ตกตะกอนมาถึงขั้วลบและทำปฏิกิริยากับขั้วลบดังต่อไปนี้เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของการดูดกลืนขั้วลบ

2Pb+O2=2PbO
2PbO + 2H2SO4: 2PbS04+2H20

วิวัฒนาการของไฮโดรเจนที่ขั้วลบจะเริ่มขึ้นเมื่อประจุถึง 90% ควบคู่ไปกับการลดลงของออกซิเจนที่ขั้วลบและการเพิ่มขึ้นของไฮโดรเจนที่มากเกินไปของตัวขั้วลบเอง ดังนั้นจึงเป็นการหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจนจำนวนมาก

สำหรับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบปิดผนึก AGM แม้ว่าอิเล็กโทรไลต์ส่วนใหญ่ของแบตเตอรี่จะถูกเก็บไว้ในไดอะแฟรม AGM แต่ 10% ของรูพรุนของไดอะแฟรมจะต้องไม่เข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ ออกซิเจนที่สร้างขึ้นโดยขั้วบวกจะไปถึงขั้วลบผ่านรูขุมขนส่วนนี้และถูกดูดซับโดยขั้วลบ

อิเล็กโทรไลต์คอลลอยด์ในแบตเตอรี่คอลลอยด์สามารถสร้างชั้นป้องกันที่มั่นคงรอบเพลต ซึ่งจะไม่ทำให้ความจุลดลงและมีอายุการใช้งานยาวนาน ปลอดภัยต่อการใช้งาน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นแหล่งจ่ายไฟสีเขียวอย่างแท้จริง มีขนาดเล็กในตัว การคายประจุ ประสิทธิภาพการคายประจุลึกที่ดี และการชาร์จที่ง่าย ความสามารถในการรับที่แข็งแกร่ง ความต่างศักย์เล็กน้อยระหว่างบนและล่าง และความจุขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีการผลิตนั้นยากและต้นทุนสูง

การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของแบตตะกั่วกรด vs แบตเจล vs แบตลิเธียม

แบตเตอรี่ตะกั่วกรด

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดอาจกล่าวได้ว่าเป็น “ผู้ริเริ่ม” ของแบตเตอรี่ มันถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1859 และมีประวัติการพัฒนามากว่า 150 ปี นอกจากนี้ แม้ว่าแบตเตอรี่จะได้รับการปรับปรุงซ้ำแล้วซ้ำเล่า ยังไม่ถูกกำจัดออกไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบตเตอรี่สองล้อ ในด้านของ รถยนต์ไฟฟ้า การใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดยังคงเป็นกระแสหลัก เหตุผลคือ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นแบตเตอรี่พื้นฐานอยู่แล้ว

เนื่องจากข้อได้เปรียบของ “ต้นทุนต่ำและความปลอดภัยสูง” แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจึงมีข้อเสียบางประการ เช่น อายุใช้งานน้อยและขนาดเทอะทะ แต่ข้อดีหลักๆ ของแบตเตอรี่เหล่านี้ไม่สามารถละเลยได้ ดังนั้น แบตเตอรี่ที่ได้รับการปรับปรุงซ้ำๆ จำนวนมากจึงได้รับการอัปเกรดตามพื้นฐานของมัน เช่น ทองคำดำทั่วไป แบตเตอรี่ แบตเตอรี่กราฟีน แบตเจล ฯลฯ โดยพื้นฐานแล้วเป็นแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

แบตเจล

แบตเจลเป็นแบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่ “ทนความเย็น” โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่ทั่วไปมีประสิทธิภาพการชาร์จที่ต่ำมากต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส และไม่สามารถชาร์จและคายประจุได้ตามปกติที่อุณหภูมิต่ำกว่า -10 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการเก็บพลังงานจะลดลงอย่างมากด้วย การเกิดขึ้นของแบตเตอรี่คือการเอาชนะปัญหาที่แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดธรรมดาไม่ทนต่ออุณหภูมิต่ำ

สาเหตุที่แบตเตอรี่กรดตะกั่วกลัวความเย็นเป็นพิเศษเนื่องจากอิเล็กโทรไลต์เป็นของเหลวและของเหลวจะเย็นลงอย่างรวดเร็วเมื่อเย็น ซึ่งจะส่งผลต่อการทำงานปกติของแบตเตอรี่ แบตเจลที่เรียกว่าใช้เจลหรือ อิเล็กโทรไลต์ที่มีน้ำเป็นอิเล็กโทรไลต์ ด้วยวิธีนี้ แม้ว่าอายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะยังได้รับผลกระทบในระดับหนึ่งในช่วงฤดูหนาว ติดลบ 40°C แต่โดยเนื้อแท้แล้ว

กระบวนการผลิตและแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่กรดเหมือนกันทุกประการ แต่ก็ยังเป็นแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ความแตกต่างคือทนความเย็นได้มากกว่า ในขณะเดียวกัน เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดทั่วไป ความเสถียรและความปลอดภัยก็สูงกว่าเช่นกัน

แบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่ 2 ประเภทที่แนะนำข้างต้นเป็นของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดในขณะที่แบตเจลมีความทนทานต่อความเย็นได้ดีขึ้น แต่แบตเตอรี่ลิเธียมที่กล่าวถึงในที่นี้แตกต่างจากแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ในแง่ของวัสดุ แบตเตอรี่ลิเธียมใช้ “โลหะลิเธียม” แทน สำหรับวัสดุที่ไม่ใช่ “สารตะกั่ว” กระบวนการผลิตจะซับซ้อนมากขึ้น และความต้านทานต่ออุณหภูมิต่ำจะอ่อนแอ

เนื่องจากความแตกต่างของวัสดุ กระบวนการ ฯลฯ แบตเตอรี่ลิเธียมจึงเป็นส่วนเสริมของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดในแง่ของน้ำหนัก อายุการใช้งาน อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ และความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำ ในกรณีที่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดอ่อน แบตเตอรี่ลิเธียมจะมีประสิทธิภาพ แน่นอนว่าในการปรับปรุงข้อดีหลักสองประการของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดคือ “ความปลอดภัยสูงและราคาต่ำ” ซึ่งไม่มีในแบตเตอรี่ลิเธียม

จากการแนะนำของแบตเตอรี่สามก้อนข้างต้น เราควรมีความเข้าใจเกี่ยวกับแบตเตอรี่ทั้งสามนี้ เทคโนโลยีของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีความสมบูรณ์มากขึ้น ต้นทุนลดลง แต่อายุการใช้งานสั้นลง ในฐานะที่เป็นกำลังใหม่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แบตเตอรี่ลิเธียมมีอายุการใช้งานที่ดีขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด และมีปริมาณน้อยกว่าด้วย แต่ราคาค่อนข้างสูง แบตเจลยังมีคุณลักษณะของอายุการใช้งานที่ยาวนาน แต่ปัญหาทางเทคนิคค่อนข้างมาก ดังนั้นจึงไม่มีข้อได้เปรียบในด้านราคา