ในขณะที่ศตวรรษที่ 21 กำลังดำเนินไป มนุษยชาติกำลังเผชิญกับความท้าทายด้านพลังงานที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน การบริโภคเชื้อเพลิงฟอสซิลมากเกินไปนำไปสู่มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงและเพิ่มความเสี่ยงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศฉันทามติระดับโลกในขณะนี้ให้ความสำคัญกับการหาแนวทางแก้ไขพลังงานที่สะอาด มีประสิทธิภาพ และยั่งยืน เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างการผลิตและการบริโภคพลังงาน โดยมีบทบาทสำคัญในการสร้างระบบพลังงานใหม่
แบตเตอรี่เหล็กทั้งหมด (AIBs) ซึ่งมีสารประกอบจากเหล็กสำหรับทั้งวัสดุขั้วบวกและขั้วลบ มีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติหลายประการที่ทำให้เป็นทางเลือกที่น่าสนใจในการจัดเก็บพลังงาน
เหล็กเป็นหนึ่งในโลหะที่มีอยู่มากมายที่สุดในโลก ทำให้มีราคาถูกกว่าโลหะหายาก เช่น ลิเธียม โคบอลต์ และนิกเกิล อย่างมาก ด้วยการใช้สารประกอบจากเหล็ก AIBs ช่วยลดต้นทุนวัสดุได้อย่างมาก ซึ่งอาจทำให้การเข้าถึงการจัดเก็บพลังงานสะอาดเป็นประชาธิปไตย
ด้วยสารประกอบจากเหล็กที่มีความเสถียรทางเคมี AIBs แสดงให้เห็นถึงความทนทานที่โดดเด่นต่อการหลบหนีความร้อนและอันตรายด้านความปลอดภัยอื่นๆ ความเสถียรนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้แม้ในสภาวะที่รุนแรง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในการจัดเก็บพลังงานในครัวเรือนและระดับกริด
ธรรมชาติที่ไม่เป็นพิษและการรีไซเคิลได้ของเหล็กสอดคล้องกับเป้าหมายความยั่งยืนระดับโลก เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม AIBs มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลงตลอดวงจรชีวิต ตั้งแต่การผลิตไปจนถึงการกำจัด
การกระจายตัวของทรัพยากรเหล็กทั่วโลกอย่างแพร่หลายช่วยขจัดความกังวลเกี่ยวกับการขาดแคลนวัสดุและความสัมพันธ์ทางภูมิรัฐศาสตร์ที่ส่งผลกระทบต่อเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ใช้โลหะหายาก
การพัฒนาเทคโนโลยี AIB ได้ก้าวหน้าผ่านการปรับปรุงและนวัตกรรมหลายชั่วอายุคน
AIB 1.0 และ 2.0 รุ่นแรกๆ ใช้ขั้วไฟฟ้าแบบวางน้ำที่มีสารเติมแต่งคาร์บอนนำไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นสูง แม้ว่าจะแสดงให้เห็นถึงความเสถียรที่สมเหตุสมผลด้วย 1,000 รอบที่การใช้กำลังไฟต่ำ (5%) แต่รุ่นแรกๆ เหล่านี้ประสบปัญหาความหนาแน่นของพลังงานที่จำกัด (0.002 mW/cm²) เนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่ช้าของจลนพลศาสตร์ระหว่างสปีชีส์เหล็ก
AIB 3.0 แนะนำตัวกลางขนส่งรีดอกซ์—เมทิลไวโอโลเจน (MV) สำหรับขั้วบวกและ ABTS สำหรับขั้วลบ—เพื่อเร่งการถ่ายโอนอิเล็กตรอน สารเติมแต่งที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เหล่านี้ทำงานที่ศักย์รีดอกซ์ที่เข้ากันได้กับสปีชีส์เหล็ก ซึ่งช่วยปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานอย่างมากในขณะที่ยังคงความคุ้มค่า
ตัวกลางขนส่งรีดอกซ์แสดงถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของ AIB 3.0 ทำให้เกิดปฏิกิริยาขั้วไฟฟ้าที่เร็วขึ้นผ่านการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพ:
ตัวกลางขนส่งรีดอกซ์ที่มีประสิทธิภาพต้องแสดงให้เห็นถึง:
AIB 3.0 ใช้กลยุทธ์เพื่อลดปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของไฮโดรเจน (HER) ซึ่งช่วยลดประสิทธิภาพของคูลอมบิกและก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัย:
นวัตกรรมที่รวมกันส่งผลให้เกิดการปรับปรุงที่สำคัญ:
เทคโนโลยี AIB แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในหลายภาคส่วน:
นวัตกรรมอย่างต่อเนื่องอาจมุ่งเน้นไปที่:
AIB 3.0 แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานผ่านกลไกการขนส่งรีดอกซ์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่และกลยุทธ์การลด HER ในขณะที่การพัฒนาดำเนินต่อไป แบตเตอรี่เหล็กทั้งหมดอาจกลายเป็นโซลูชันกระแสหลักสำหรับการสร้างระบบพลังงานที่ยั่งยืน โดยนำเสนอข้อได้เปรียบที่น่าสนใจในด้านความปลอดภัย ต้นทุน และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
