เขียนโดย: Prachya Sangswang

เมื่อ: 6 กันยายน 2564 - 15:18

Solid-State Battery เทคโนโลยีแบตเตอรี่อนาคตที่จะมาอุดช่องโหว่แบตเตอรี่ยุคปัจจุบัน

 

         แบตเตอรี่ ถือเป็นปัจจัยสำคัญที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ในสังคมปัจจุบัน เนื่องจากชีวิตคนเราตลอดทั้งวันต้องใช้งานแบตเตอรี่ ซึ่เป็นแหล่งพลังงานเคลื่อนที่ตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็น โทรศัพท์มือถือ รีโมท และอื่นๆ  ยิ่งโดยเฉพาะการตื่นตัวด้านการรักษาสิ่งแวดล้อม รวมทั้งการหาแหล่งพลังงานสะอาด ใหม่ๆ ในยุคปัจจุบัน ปฎิเสธไม่ได้เลยว่า รถยนต์ไฟฟ้า กลับกลายเป็นสิ่งที่ค่อยๆ ติดเทรนด์เข้ามาเรื่อยๆในปัจจุบันไม่ว่าจะเป็นรถไฟฟ้าทั้งแบบ HEV (Hybrid Electric Vehicle) ,  PHEV  (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) ที่ยังต้องพึ่งพาพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ไม่ว่าจะใช้ช่วยขับเคลื่อน จนถึง เป็นแค่ตัวปั่นไฟเข้าระบบเพื่อใช้งานไฟฟ้าในรถบางยี่ห้อ หรือที่เราเรียกกันว่า  EREV หรือ Extended Range Electric Vehicle หรือจะเป็นรถที่ใช้พลังงานไฟฟ้าเพียวๆ ไม่ผสมอะไรทั้งสิ้น หรือที่เรียกกันว่า BEV  (Battery Electric Vehicle)

         โดยรถที่กล่าวมาทั้งหมด แบตเตอรี่ ถือเป็นปัจจัยสำคัญในกลไกการจัดเก็บพลังงาน เนื่องจากการผลิต ชาร์ท กระแสไฟฟ้าไม่ว่าจะมาด้วยพลังงานกล หรือพลังงานจากภายนอกก็แล้วกต่นั้น จะต้องมีที่จัดเก็บที่เหมาะสม และนี่ ทำให้แบตเตอรี่ ถือเป็นพระเอกที่สำคัญในงานนี้……ก่อนที่เราจะไปทำความรู้จักกับ Solid-State Battery นั้น เรามาปูพื้นฐานกันซักนิดก่อนว่า แบตเตอรี่ ที่เราใช้งานกันในรถไฟฟ้าปกตินั้น เป็นแบบใด

         ปัจจุบัน แบตเตอรี่ที่เราใช้งาน และได้รับการตอบรับกันกว่างขวางนั่นคือ แบตเตอรี่ชนิด ลิเที่ยม-ไอออน หรือ Li-on ซึ่งมีส่วนประกอบดังนี้

 

 

  1. Cathode ขั้วบวก คือสารประกอบของลิเธียมออกไซด์ เป็นแหล่งของไอออนลิเธียมในแบตเตอรี่
  2. Anode ขั้วลบ คือสารประกอบจำพวกแกรไฟต์ เป็นแหล่งกักเก็บและปลดปล่อยไอออนลิเธียม
  3. Seperator ตัวแยกขั้วบวก-ขั้วลบออกจากกัน 
  4. Electrolyte ของเหลวที่ใช้เป็นตัวกลางให้ลิเธียมไอออนวิ่งผ่าน และแยกอิเลคตรอนไปเป็นพลังงาน

         ส่วนตัวกระแสไฟที่มาเป็นพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่างๆ จะเป็นตัวอิเล็คตรอน (Electron) ที่จะขยับเคลื่อนที่เพื่อให้พลังงานนั่นเอง

          โดยหลักการทำงานง่ายๆ นั่นคือ ในยามปกติ ลิเที่ยม-ใอออน และ อีเล็กตรอน จะจับกลุ่มอยู่ด้วยกันที่ขั้วลบ เมื่อใดที่เราเริ่มใช้งาน อนุภาคของลิเที่ยมใอออนจะวิ่งจากขั้วลบไปหาขั้วบวก ผ่านของเหลวที่เรียกว่าอีเล็กโตรไลท์ ซึ่งเป็นสารนำไฟฟ้า แต่อีเล็กตรอน ไม่สามารถเดินทางไปด้วย จึงถูกดึงขึ้นไปเป็นแหล่งพลังงาน 

         แต่หากอนุภาคของลิเธียม ใอออน ย้ายฝั่งจากลบไปบวกจนหมดแล้ว ก็จะไม่มีการนำพาอีเล็กตรอนไปใช้งานด้วยเช่นกัน ดังนั้นแบตเตอรี่ลูกนั้นก็จะหมดพลังงานไปโดยปริยาย ดังนั้น การจะทำให้แบตเตอรี่ลูกนั้น กลับมาใช้งานได้ใหม่ จึงต้องทำการชาร์ท เพื่อกระตุ้นให้ขั้วลบ หรือ Anode เรียกเอากลุ่มลิเธียมใออนกลับมาที่ขั่วลบอีกครั้ง จึงจะใช้งานแบตเตอรี่ลูกนั้นได้ต่อไป 

          โดยวงจรที่กล่าวมา จะเป็นตลอดกิจวัตรของแบตเตอรี่ลูกหนึ่งที่จะเกิดขึ้นไปเรื่อยๆ แต่การออกแบบแบตเตอรี่แบบนี้ก็มีข้อจำกัด ถ้าจะแยกได้ น่าจะอยู๋ประมาณ 3ข้อพอสังเขป

 

 

           เนื่องจากสารนำพา อีเล็กโตรไลท์ เป็นของเหลว และแผ่นกั้นเซล์ล เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องมี เพื่อป้องกันการช๊อตของแบตเตอรี่ เป็นมารผจญที่ทำให้แบตเตอรี่ มีพื้นที่จำกัด ดังนั้น ความจุของแบตเตอรี่ประเภทนี้ จะไม่สูงมากนัก  หากจะให้ความจุสูงๆ แบตจะมีขนาดใหญ่ขึ้น เรื่อยๆ 

 

 

         อีเล็กโตรไลท์ เป็นของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ หากอากาศร้อนมากๆ อัตราการขยายตัวจะสูง ส่งผลให้แบตเตอรี่กลายพันธ์เป็นระเบิดลูกย่อมๆ เลยทีเดียว และในทางกลับกัน หากอยู่ในพื้นที่อากาศเย็นจัด อีเล็กโตรไลท์จะกลายร่างเป็นน้ำแข็ง ทำให้แบตเตอรี่หยุดทำงานไปเลยก็มี 

 

 

         ปัญหาอีกอย่างที่เกิดขึ้นเวลาชาร์ทแบตเตอรี่ประเภทนี้ มักจะเกิดสารประกอบที่เรียกว่า เด็นไดร์ หรือตะกอนของประจุไฟที่แผ่นของขัวลบ ซึ่งเดนไดรท์มีความคมมาก หากสะสมกันจนกิ่งก้านสาขางอกงามออกมาแทงทะลุแผ่นกั้น แบตเตอรี่ลูกนั้นก็จะช๊อต (เหมือนเงินในกระเป๋าตอนปลายเดือน) จนไม่สามารถใช้งานแบตเตอรี่ก้อนนั้นได้อีก

        ถึงแม้จะมีการผลิตแบตเตอรี่ แบบ ลิเธี่ยม โพลิเมอร์จึ้นมาเพื่อลดปัญหาของอีเล็กโตรไลท์ดังกล่าว แต่ก็เป็นการแก้ปัญหาที่ปลายเหตุอยู๋ดี เพราะแค่เปลี่ยนจากของเหลว เป็นเจล แต่ส่วนประกอบอื่นๆ ก็ยังคงเหมือนเดิมอยู่ดี ดังนั้น Solid-State Battery จึงถือกำเนิดขึ้นมา…..

 

 

          Solid-State Battery ชื่อตามตัวหมายถึงสถานะของแข็งที่ไม่มีการเคลื่อนไหว นั่นคือการแก้ปัญหาโดยการเปลี่ยนเอาอีเล็กโตรไลท์จากที่เป็นของเหลว มาเป็นของแข็งซะ ประหยัดเนื้อที่ แถมยังได้ความจะของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอีกด้วย

          จากการทดลอง Solid-State Battery จะมีขนาดความจุที่มากกว่า แบตเตอรี่ ลิเธียม-โพลิเมอร์  ในขนาดเดียวกัน 2-10 เท่าเลยทีเดียว อีกทั้งยังทนร้อน ทนหนาว อึดถึกทนกว่าเดิมเยอะเลยทีเดียว อีกทั้ง เมื่อไม่ต้องมีของเหลวเป็นตัวกลาง การชาร์ท หรือ ใช้งาน ก็จะรวดเร็วยิ่งขึ้นกว่าเดิม จากที่เห็น มันก็คงจะดีกว่าใช่หรือไม่…..

 

 

         แต่แบตเตอรี่นี้ก็มีข้อเสียเหมือนกัน ที่ไม่สามารถนำมาใช้ได้ในขณะนี้ นั่นคือ ปัญหาของ เดนไดรท์ ที่ยังคงแก้ใขไม่ได้ ตราบใดที่แบตเตอรี่ยังคงใช้ ลิเธียม ออกไซด์ กับ แท่งกราไฟท์ เป็นขั้วบวกและขั้วลบ และที่สำคัญ ด้วยระยะห่างของเซล์ลที่ใกล้กันขึ้นกว่าเดิม บอกเลยว่าถ้าเดนไดรท์ก่อตัว ไม่ต้องมาก เพียงเล็กน้อย ก็แทงข้างหลังทะลุหัวใจได้แน่นอน อีกทั้ง ราคาที่ยังคงสูงมากนัก หาจจะนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์

          ดังนั้น แบตเตอรี่แบบนี้ ยังต้องอยู๋ในขั้นตอนการพัฒนาอีกเยอะพอสมควร กว่าจะนำมาใช้งานในชีวิตประจำวัน  ซึ่งก็ไม่แน่ ในอนาคต เราอาจจะได้เห็นโทรศัพท์มือถือ ที่มีแบตเตอรี่ ขนาดความจุ 10,000 mAh มาให้เราใช้งาน หรืออาจจะได้เห็นรถยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ แบบ Solid-State ที่สามารถชาร์ท จาก 0-100% ในเวลาไม่ถึง 10 นาทีก็เป็นไปได้เช่นกัน

รถซื้อสอง ซื้อขายรถ ของแต่งรถ

ข่าวที่ใกล้เคียง

แสดงความคิดเห็นด้วย Facebook