แบต Solid State ถึงเรียกว่า ตัวพลิกเกม หรือ Game changer ของวงการรถยนต์ไฟฟ้า การผลิตเป็นอย่างไร มีค่ายรถไหนใช้แล้วบ้าง วันนี้จะมาเล่าเรื่องนี้กัน
แน่นอนมีหลายคนที่สนใจอยากเปลี่ยนมาใช้รถยนต์ไฟฟ้า แต่เกิดความกังวลต่อการเปลี่ยนมาใช้ เนื่องจากรถยนต์ไฟฟ้ามีระยะทางในการวิ่งที่จำกัด และใช้เวลาชาร์จค่อนข้างนานเมื่อเทียบกับรถยนต์ที่ใช้น้ำมัน
รถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันมีการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟส และ ลิเธียม NMC
ซึ่งคุณสมบัติของแบตเตอรี่ลิเธียมไม่ตอบสนองต่อผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้ามากนัก จึงมีผู้ใช้รถหลายคนที่สนใจการมาของแบตเตอรี่ Solid State
ถ้ามีการนำแบตเตอรี่ Solid State มาใช้ จะเป็น Game Changer หรือตัว Quick Game ที่พลิกโฉมทั้งวงการรถยนต์ไฟฟ้าและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์
การวิวัฒนาการของแบตเตอรี่
แรกเริ่มวิวัฒนาการของแบตเตอรี่มีการเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ ตะกั่วกรดมาเป็นนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์
จนมาปัจจุบันลงตัวที่การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมมีข้อดี คือ ให้กำลังพลังงานไฟฟ้าได้นาน มีความทนทาน จึงนิยมเอามาใช้ในมือถือและรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบัน
การจะอธิบายถึงข้อดีและประสิทธิภาพของ Solid State เริ่มแรกต้องมีความเข้าใจการหลักทำงานของแบตเตอรี่
หลักการทำงานของแบตเตอรี่จะมีเซลล์ขนาดเล็กที่ทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้า โดยที่เซลล์ คือ ปฏิกิริยาเคมีที่ขั้วโลหะ 2 ขั้ว คือ
ขั้วบวก
ขั้วลบ
จุ่มลงไปทำกริยากับสารละลายที่ เรียกว่า อิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีทั้งบรรจุบวกและลบ
ประกอบด้วยสารที่เป็นฟอสเฟต ออกไซด์ ซัลไฟต์ โพลิเมอร์ ตามการออกแบบ เป็นสารที่เป็นของเหลวทั้งหมดในแบตเตอรี่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
เมื่อปฏิกิริยาเคมีทั้งรีดักชัน และ ออกซิเดชัน เกิดเป็นไฟฟ้าส่งออกมานอกเซลล์มาต่อพ่วงกันเป็นเซลล์แบตเตอรี่ขนาดใหญ่
เวลาชาร์จจะเป็นกริยาเคมีย้อนกลับ คือ เอาไฟฟ้าชาร์จผ่านขั้วไปอยู่ในสารอิเล็กโทรไลต์
พอเปลี่ยนเป็น Solid State ตัวโครงสร้างเซลล์แบตเตอรี่จะไม่มีการเปลี่ยนแปลง มีการเปลี่ยนแค่ สารอิเล็กโทรไลต์ จากของรูปแบบของเหลวกลายเป็นของแข็ง
ความแตกต่างระหว่างแบตเตอรี่ลิเธียม คือ เซลล์แบตเตอรี่ทั่วไปเป็นการเอาแท่งโลหะไปจุ่มในสารละลาย
ส่วนแบตเตอรี่ Solid State จะทำให้สารอิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็ง ลักษณะเหมือนการประกบแบบแฮมเบอร์เกอร์ ตามภาพ
ตัว Solid State สามารถแก้ไขปัญหาเรื่องของความหนาแน่น ความเสถียรของการเก็บประจุไฟฟ้าได้ เพราะแบตเตอรี่ในปัจจุบันการเก็บประจุไฟค่อนข้างจำกัด เมื่อเปลี่ยนอิเล็กทรอไลต์เป็นรูปแบบเป็นของแข็ง ความหนาแน่นจะมากขึ้น สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้จำนวนที่มากกว่าในรูปแบบของเหลว
การส่งไฟดีขึ้นและระยะเวลาในการชาร์จไฟเร็วขึ้นกว่าเดิม 4 ถึง 6 เท่า
แบตเตอรี่ Solid State มีข้อดีในเรื่องของเสถียรการใช้งาน ซึ่งเวลาใช้แบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า – 30 องศา สารอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่จะแข็งตัว จำเป็นต้องมีการอุ่นแบตเตอรี่ ให้กลับมาเป็นของเหลว
ในกรณีที่อุณหภูมิสูงเกิน 60 องศา ก็จะเกิดเป็นไอ เพราะว่าสารอิเล็กทรอไลต์เป็นของเหลว เมื่อเกิดความ ร้อนมาก ๆ ตัวแบตเตอรี่จะเกิดแก๊สที่อัดแน่นและมีแรงดันข้างใน
สรุปข้อดีของแบตเตอรี่ Solid State มีงนี้
1. ความปลอดภัยในการใช้รถยนต์ไฟฟ้าจะมากขึ้น โดยเฉพาะตัวแบตเตอรี่เซลล์หรือแบตเตอรี่ Pack ซึ่งสิ่งที่ น่ากลัวที่สุด คือ เมื่อเกิดการชนทำให้ตัวแบตเตอรี่เกิดความเสียหายถึงขนาดเซลล์ฉีกขาด สารอิเล็กทรอไลต์จะไหลออกไปรวมกับเซลล์แบตเตอรี่อื่น ๆ ที่เสียหาย เกิดเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ ทำให้ความร้อนสูงขึ้น กลายเป็นเพลิงลุกไหม้ที่ใช้น้ำฉีดดับไม่ได้ ต้องรอปฏิกิริยามอดลงเอง
แต่ Solid State จะสามาถลดการรั่วไหลที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่
2. ความเสถียรในการใช้งาน ในแบตเตอรี่ปกติต้องใช้ในอุณหภูมิที่เหมาะสมที่ยังสารอิเล็กทรอไลต์ คงสภาวะเป็นของเหลวได้ ในกรณีที่เกิดความร้อนสูง ๆ ตอนที่ใช้ไฟเพื่อชาร์จไฟ หรือ เหยียบความเร็วในระดับสูง การเปลี่ยนสภาพของสารอิเล็กทรอไลต์ เป็นเหตุให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็ว จากการทดสอบโดยการเอาแบตเตอรี่มาเจาะ จะเกิด การช็อต ที่จะเกิดความร้อน แล้วสิ่งที่มันออกมาก่อน คือ แก๊ส กลุ่มควัน สุดท้ายคือเกิดเปลวไฟ
ถ้าเป็น Lithium ์NMC จะเกิด แก๊ส ควัน และเปลวไฟออกมาไล่ ๆ กัน แต่ถ้าเป็น Lithium iron phosphate จะเกิดแค่แก๊สกับควันเท่านั้น
ส่วน Solid State สามารถใช้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -30 องศา หรือที่อุณหภูมิสูงได้ เนื่องจากการระบายความร้อนดีกว่าแบตเตอรี่ที่เป็นแบบดั้งเดิม
3. ความหนาแน่นในการจุพลังงาน ซึ่งส่งผลกับน้ำหนักและขนาดของแบตเตอรี่ หรือเรียกว่า Energy density
แบตเตอรี่ Solid State สามารถจุพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมประมาณ 2.5 เท่า
การบรรจุพลังงานของแบตเตอรี่ในปัจจุบัน
- ลิเธียมไอออนฟอสเฟด (LFP) สามารถบรรจุพลังงานได้ประมาณ 150 – 180 Wh
- ลิเธียม NMC สามารถบรรจุได้ประมาณ 230 – 250 Wh
- Solid State ในปัจจุบันสามารถบรรจุได้ประมาณ 350 – 460 Wh และในอนาคตมีแนวโน้มทำได้มากขึ้น
หมายความว่าถ้าสามารถทำแบตเตอรี่ออกมาได้ขนาดของแบตเตอรี่รถยนต์จะมีขนาดเล็กและน้ำหนักเมาก แม้กระทั่งอุปกรณ์ Gadget ส่วมใส่ เช่น นาฬิากาสมาร์ทวอทช์ Google Glass หูฟัง ขนาดแบตเตอรี่จะเล็กลง
ค่ายรถยนต์ไฟฟ้าที่เริ่มนำแบตเตอรี่ Solid State เอามาใช้ใกล้เป็นความจริงบ้าง
ทางฝั่งจีน
บริษัท Svolt ผู้ผลิตแบตเตอรี่รายใหญ่ในเครือของบริษัท GWM
มีการคิดค้นและมีความพร้อมที่จะผลิตในปริมาณมาก ซึ่งตัวต้นแบบสามารถจุพลังงานได้อยู่ที่ 350 – 400 Wh/KG ตัวเซลล์สามารถจุไฟได้ 20 ML
เมื่อนำมาใส่ในรถยนต์ไฟฟ้า รถสามารถวิ่งได้ 1,000 กิโลเมตร ต่อ 1 การชาร์จ ในปัจจุบันอยู่ในระหว่างขั้นตอนเตรียมที่จะผลิตจำนวนมาก ตีความหมายได้ว่ายังคงอยู่ในแล็บ
ค่าย NIO จะเปิดตัวรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ Solid State คือ NIO ET7
สเปกแบตเตอรี่ 150 kWh การชาร์จสามารถวิ่งได้ 1,000 กม ต่อ 1 การชาร์จ จะเปิดตัวในปลายปี 2022
ล่าสุดทางผู้ผลิต Welion New Energy Technonlogy
บอกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้ในรถรุ่นนี้ยังเป็น Semi Solid State เท่านั้น ซึ่งถือว่าเป็นกำกึ่งระหว่างของแข็งและเหลว ที่ทำให้ความหนาแน่นพลังเพิ่มขึ้น
ทาง CATL ผู้นำแบตเตอรี่เบอร์หนึ่งของโลก
มีการเปิดตัวแบตเตอรี่แพลตฟอร์ม Qilin CTP (Cell – to – pack 3.0) ที่ยังไม่ใช่ Solid State แต่มีการปรับ Structure Battery Pack
ให้สามารถจุแบตเตอรี่ได้มากขึ้น โดยที่ไม่ได้มีการไปปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีหรืออิเล็กโทรไลต์จากของเหลวเป็นของแข็งเหมือนแบตเตอรี่ Solid State
ดังนั้นจะเห็นว่าจีนตอนนี้ยังอยู่ในขั้นตอนของ Semi Solid State เตรียมผลิตจำนวนมากส่วนใหญ่และยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา
ทางฝั่งเกาหลี
บริษัทฮุนไดมอเตอร์ ได้มีการลงทุนกับบริษัทสตาร์ทอัพชื่อ SolidEnergy Systems เพื่อพัฒนาและผลิตแบตเตอรี่ Solid State จะริเริ่มในปี 2030
Samsung ทาง Samsung SDI มีแผนที่จะผลิตแบตเตอรี่ Solid State ในช่วงเวลาเดียวกัน
ก็จะสรุปคือทางฝั้งเกาหลีอยู่ในขั้นริเริ่มวิจัยแต่ไม่ได้มีการผลิต
ฝั่งญี่ปุ่น
Toyota บอกว่ามีเทคโนโลยี ทรัพย์สินทางปัญญา ลิขสิทธิ์ ในเรื่องของการผลิตแบตเตอรี่ Solid State ยังอยู่ในระหว่างการวิจัยร่วมกับทางบริษัท Panasonic และร่วมทุนกับทางบริษัท Prime Planet Energy & Solution ในการคิดค้นแบตเตอรี่ Solid State ที่จะนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า
ทางอเมริกา
มีบริษัท QuantumScape เป็นบริษัทที่ตั้งขึ้นมาในการวิจัยและพัฒนาเพื่อจะผลิตแบตเตอรี่ Solid State
ได้ทุนมาจากทาง Bill Gates และการสนับสนุนจาก Volkswagen ค่ายรถยนต์ยักษ์ใหญ่จากฝั่งยุโรป
ที่มีแบรนด์จำนวนมากในเครือ ซึ่งหาก QuantumScape สามารถผลิตได้ จะนำมาใช้รถยนต์ของทางแบรนในปี 2024 หรือในอีก 2 ปีข้างหน้า ซึ่งถ้านำมาใช้จะสามารถวิ่งได้ 1,000 กิโลเมตร ต่อ 1 การชาร์จ สามารถชาร์จ 0 – 80 % ภายในเวลา 15 นาทีเท่านั้น นอกจากนี้มีความอัปเดตในช่วงเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา ทางนักวิจัยของ QuantumScape ที่จบจากสแตนฟอร์ด ได้พัฒนาสารอิเล็กโทรไลต์แบบใหม่ออกมาได้ น่าจะอยู่ในช่วงต้นแบบ
Tesla ไม่ได้มองเรื่องของแบตเตอรี่ Solid State กลับพัฒนาแบตเตอรี่ Litium 4680 ให้มันดียิ่งขึ้น ยังไม่ได้มีการผลิตออกมา ยังใช้ทดลองอยู่ที่กิ๊กกะแฟคตอรีที่เท็กซัสอย่างเดียว สรุปคือทาง Tesia ไม่ได้ยืนยันเรื่องการผลักดัน Solid Stage
สรุปเทคโนโลยี Solid State ยังอยู่ขั้นตอนวิจัยและพัฒนา ยังไม่สามารถเอามาผลิตในปริมาณที่มาก เพื่อให้ราคาถูก หรือเอามาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าจริง ๆ ยังคงไม่มีค่ายไหนที่ทำได้ แต่น่าจะมีการใช้ในในกลุ่มเฉพาะอย่าง เช่น เทคโนโลยีทางทหาร
สรุปเหตุผลข้อจำกัด 2 ข้อ
- เรื่องของเทคโนโลยีการผลิตจำนวนมาก ยังไม่สามารถผลิตออกมาได้ เพื่อให้ราคาของแบตเตอรี่ Solid State ถูกลง ส่งผลให้ไม่เกิดการใช้อย่างแพร่หลาย
- ตลาดรถยนต์ไฟฟ้า ถ้าผู้นำตลาดรถไฟฟ้าอย่าง Tesla ยังไม่ได้ให้ความสำคัญกับเรื่องนี้ เนื่องจากความต้องการกับการผลิตมีความห่างกันค่อนข้างมาก จึงยังคงพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตที่รวดเร็วมากขึ้นเพื่อส่งมอบรถได้ทัน
บางทีแบตเตอรี่ Solid State อาจจะมากับค่ายน้องใหม่ ที่มีเงินลงทุนสนับสนุนจำนวนที่มากพอ เพื่อพลิกเกมส์เป็นผู้นำตลาดอุตสาหกรรม
ทุกคนมีความคิดเห็นเกี่ยวกับแบตเตอรี่ Solid State อย่างไรกันบ้าง มีสงสัยหรือต้องการดูเนื้อหาเพิ่มเติมได้จากคลิปด้านล่างนี้เลย
