Solid-State Battery จะเป็นแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้าแห่งอนาคตหรือไม่
แบตเตอรี่ เป็นอุปกรณ์เก็บประจุไฟฟ้าเพื่อไว้ให้รถยนต์ไฟฟ้าสามารถมีพลังงานไฟฟ้าใช้ในเวลาที่ต้องการ แบตเตอรี่เป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว โดยเทคโนโลยีของแบตเตอรี่ก็มีการพัฒนามาเรื่อยๆ จากเดิมแบตเตอรี่ที่เป็นที่รู้จักกันดี คือ แบตเตอรี่ตะกั่วกรด (Lead-Acid Battery) ซึ่งถูกสร้างขึ้นตั้งแต่ปี พ.ศ. 2402 ต่อมาในปี พ.ศ. 2510 ก็มีการคิดค้นแบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ (Nickle-Metal Hydride Battery) และในปัจจุบันก็มีการผลิตและ ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium Ion Battery) กันอย่างแพร่หลาย นอกจากนี้ก็มีแบตเตอรี่ที่มีการพัฒนาขึ้นมาอย่างแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน (Sodium Ion Battery) และล่าสุดคือแบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-State Battery) และแบตเตอรี่นั้นเป็นอุปกรณ์สำคัญของรถยนต์ไฟฟ้าและเป็นต้นทุนสำคัญของราคารถยนต์ไฟฟ้าอีกด้วย จึงเป็นที่น่าสนใจที่เราควรทำความรู้จักกับแบตเตอรี่โซลิดสเตตซึ่งเป็นแบตเตอรี่ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาไม่นานมานี้ว่า จะเป็นเทคโนโลยีที่สามารถแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันได้หรือไม่
แบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-State Battery) คืออะไร
แบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-State Battery) เป็นแบตเตอรี่ที่ใช้ของแข็งเป็นอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ โดยของแข็งที่เป็นอิเล็กโทรไลต์นี้อาจจะเป็นเซรามิกหรือวัสดุของแข็งอื่นๆ โดยจะมีลักษณะเป็นของแข็งที่เป็นชั้นบางๆ ซึ่งมีลิเธียมไอออนอยู่ระหว่างอิเล็กโทรด (Electrode) ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium Ion Battery) ที่เป็นการการใช้อิเล็กโทรไลต์แบบของเหลวหรือแบบโพลิเมอร์เจล
รูปที่ 1 ความแตกต่างของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและแบตเตอรี่โซลิดสเตต
เปรียบเทียบข้อมูลและข้อจำกัดของแบตเตอรี่แต่ละประเภทที่มีการใช้ในยานยนต์
ข้อมูลเกี่ยวกับแบตเตอรี่ประเภทต่างๆ ตลอดจนข้อจำกัดมีดังต่อไปนี้
| ประเภทแบตเตอรี่ | ข้อมูล | ข้อจำกัด |
|---|---|---|
| แบตเตอรี่ตะกั่วกรด | รถยนต์ไฟฟ้าใช้แบตเตอรี่ชนิดนี้จุดสตาร์ทเครื่องยนต์ และใช้สำหรับจ่ายไฟฟ้าสตาร์ทมอเตอร์ขับเคลื่อน และระบบเครื่องปรับอากาศ ระบบต่างๆ ในห้องโดยสาร แบตเตอรี่ชนิดนี้ราคาไม่แพงและมีความปลอดภัยสูง | - ใช้เป็นแบตเตอรี่สำรองสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า - มีอายุการใช้งานสั้นและมีประสิทธิภาพลดลงเมื่อใช้ในสภาวะอุณหภูมิต่ำ |
| แบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ | นิยมใช้กับรถยนต์ไฮบริด (HEV หรือ PHEV) ที่ใช้พลังงานน้ำมันและไฟฟ้า โดยแบตเตอรี่ชนิดนี้มีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แต่น้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน | - ราคาค่อนข้างสูงเนื่องจากใช้วัสดุไทเทเนียมในการผลิต - เมื่อเทียบน้ำหนักที่เท่ากันกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล้ว แบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ประจุไฟฟ้าได้น้อยกว่า - แบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์มีอัตราการคายประจุไฟฟ้าที่สูง รวมทั้งปล่อยกำลังความร้อนสูงด้วยเช่นกัน |
| แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน | เป็นแบตเตอรี่ที่มีการใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าอย่างแพร่หลายที่สุด โดยมีคุณสมบัติเก็บประจุไฟฟ้าได้มาก มีอายุการใช้งานนาน จ่ายไฟฟ้าได้เสถียรและคงที่ แม้ชาร์จไม่เต็ม 100 % ก็ไม่เกิดปัญหาอายุการใช้งานแบตเตอรี่ลดลงเนื่องจากการชาร์จโดยไม่รอให้พลังงานเหลือ 0 % ก่อน และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนี้สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ (Reusable) | - ต้นทุนการผลิตสูงกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่น - แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถทำงานเป็นปกติที่อุณหภูมิ 20 - 60 ºC โดยถ้าอุณหภูมิต่ำเกินไปหรือสูงเกินไปจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้งาน - มีโอกาสที่แบตเตอรี่จะลุกไหม้หรือระเบิดหากอุณหภูมิเกิน 500 ºC (โดยปกติผู้ผลิตรถยนต์จะติดตั้งระบบหล่อเย็นเพื่อป้องกันอุณหภูมิสูงเกินมาด้วย) |
| แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน | เป็นแบตเตอรี่ที่มีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 3 - 4 เท่า เพราะหาแร่ธาตุที่เป็นส่วนประกอบได้ง่ายกว่า และแบตเตอรี่ประเภทนี้สามารถชาร์จไฟให้เต็มได้เร็วกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่าและต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จึงไม่ต้องกังวลในเรื่องความร้อนที่อาจเกิดขึ้น | - เมื่อเทียบน้ำหนักที่เท่ากันกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล้ว แบตเตอรี่โซเดียมไอออนประจุไฟฟ้าได้น้อยกว่า และแบตเตอรี่มีน้ำหนักมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน - รถยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนยังวิ่งได้แค่ในระยะสั้น |
| แบตเตอรี่โซลิดสเตต | เป็นแบตเตอรี่ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็ง และมีความจุและประสิทธิภาพดีกว่าแบตเตอรี่ทุกชนิด และจากการที่มีอิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็งทำให้มีโอกาสติดไฟต่ำ มีความเสถียรสูงกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่นทำให้สามารถชาร์จไฟได้เร็วกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่น | - ต้นทุนการผลิตสูงกว่าแบตเตอรี่ ลิเธียมไอออน ถึง 8 เท่า (แต่ต้นทุนก็มีแนวโน้มลดลงหากมีการผลิตเป็นจำนวนมากขึ้น) - แบตเตอรี่อาจมีความเสี่ยงได้รับความเสียหาย แตก หัก จากการถูกกระแทก เนื่องจากสสารที่ใช้ในเซลล์แบตเตอรี่เป็นของแข็ง |
บทสรุป
จากข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับแบตเตอรี่โซลิดสเตต และแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ จะเห็นว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตมีคุณลักษณะที่ดีมากกว่าแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ในขณะที่ข้อจำกัดที่มีของแบตเตอรี่โซลิดสเตตในเรื่องต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถึง 8 เท่า นั้น หากมีการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตและมีการผลิตที่มากขึ้นก็คาดว่าต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะลดต่ำลงมาอีกมาก ในขณะที่เรื่องความเสี่ยงจากการใช้งานที่แบตเตอรี่อาจถูกกระแทกทำให้แตกหักหรือเสียหายนั้น บริษัทรถยนต์ไฟฟ้าก็น่าจะหาวิธีป้องกันที่เหมาะสมและทำให้สามารถลดความเสี่ยงนี้ลงได้
ดังนั้นแบตเตอรี่โซลิดสเตตจึงน่าจะเป็นความหวังของรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต ที่จะมาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งหากมีการนำมาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเมื่อใด จุดอ่อนอย่างหนึ่งของรถยนต์ไฟฟ้า คือ การใช้เวลาชาร์จไฟนานก็น่าจะได้รับการแก้ไขไปด้วย
บรรณานุกรม
“How could solid-state batteries improve next-gen EVs?”, 2023, Automotive News Europe, Accessed August 15, 2024. https://europe.autonews.com/suppliers/solid-state-batteries-promise-faster-charging-and-greater-range
“Solid-state batteries จะมาช่วยทำให้ EV สมบูรณ์ขึ้นได้อย่างไร?”, Spyder Auto Import, สืบค้นเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2567. http://www.spyderautoimport.com/news_detail/1769/Solid-state-batteries-จะมาช่วยทำให้-EV-สมบูรณ์ขึ้นได้อย่างไร-/
“Solid State Battery (แบตเตอรี่โซลิตสเตท) อนาคตใหม่ของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า”, 2567, คณะกรรมการพลังงานหอการค้าไทย, สืบค้นเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2567. https://energy-thaichamber.org/solid-state-battery/
“เทคโนโลยีแบตเตอรี่ยุคใหม่พลิกอนาคตรถ EV”, 2023, Bangkok Bank InnoHub, สืบค้นเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2567.https://www.bangkokbankinnohub.com/th/breakthroughs-in-next-generation-ev-battery-technology/
ภัสร์ชาพร สีเขียว. “Solid-State Battery”, 2567, ศูนย์ความเป็นเลิศด้านเทคโนโลยีปิโตรเคมีและวัสดุ (PETROMAT), สืบค้นเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2567. https://petromat.org/home/solid-state-battery/
“มาทำความรู้จัก “Solid-State Battery” เทคโนโลยีแบตเตอรี่แห่งอนาคต!”, 2566, กลุ่มเบญจจินดา, สืบค้นเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2567. https://www.benchachinda.co.th/th/news-detail/114
“รู้จักแบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-State Battery) ตัวเปลี่ยนเกมยานยนต์อีวี”, 2566, ฐานเศรษฐกิจ, สืบค้นเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2567. https://www.thansettakij.com/motor/ev/568069