แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าชนิดใหม่ที่ไม่ต้องใช้ลิเธียม

ปัจจุบันปฏิเสธไม่ได้ว่าคนส่วนใหญ่บนโลกล้วนใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนทั้งสิ้น ตั้งแต่ในอุปกรณ์ไฮเทคอย่างรถยนต์ไฟฟ้า โทรศัพท์มือถือ หรือโน้ตบุ๊ก ไปจนอุปกรณ์เรียบง่ายอย่างพัดลมมือถือ ล้วนใช้งานแบตเตอรี่ชนิดนี้จนกลายเป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวัน

 

         เหล่าผู้ใช้งานทั่วไปทราบดีว่าปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนมีจุดอ่อนอีกหลายด้าน ยังคงมีข้อเสียที่ต้องปรับปรุงแก้ไขพัฒนาให้ดีขึ้น ทุกอย่างอาจเปลี่ยนไปจากการมาถึงของแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่อาจทำให้เราไม่ต้องพึ่งพาลิเธียมอีกต่อไป

 

         แต่ก่อนอื่นคงต้องมาขยายความรายละเอียดของแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนกันเสียหน่อย

แบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อน หัวใจของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

 

         แบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อน คือเทคโนโลยีกักเก็บพลังงานในรูปแบบเคมีประเภทหนึ่งซึ่งสามารถนำมาใช้งานซ้ำได้ ถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกตั้งแต่ปี 1970 แต่ได้รับการพัฒนาให้สามารถใช้งานจริงจังในปี 1991 จากบริษัท Sony Group Corporation ถูกใช้งานภายในโทรศัพท์มือถือของบริษัท Kyocera ก่อนได้รับความนิยมแพร่หลายในภายหลัง

 

         ปัจจุบันเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดพึ่งพาพลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนเป็นแกน อาศัยการชาร์จเพื่อเติมพลังงานแล้วนำมาจ่ายให้แก่อุปกรณ์นานาชนิด แบตเตอรี่ชาร์จได้ที่เราใช้งานกันทั่วไปต่างมีส่วนผสมของลิเธียมแทบทั้งสิ้น สาเหตุที่เป็นแบบนี้เกิดจากข้อดีหลายประการของแบตเตอรี่ชนิดนี้ ได้แก่

 

1.          ความหนาแน่นของพลังงานสูง

 

         เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ชนิดอื่นแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนมีความหนาแน่นของพลังงานสูง สามารถจ่ายพลังงานได้มากถึง 150 วัตถ์/กิโลกรัม สูงกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่นอย่าง นิกเกิล-แคดเมียม และ ตะกั่ว มาก

 

2.          อัตราคายประจุน้อย

 

         อัตราการคายประจุไฟฟ้าที่สะสมของแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนอยู่ในระดับต่ำมาก มีอัตราสูญเสียเพียง 5% ต่อเดือน จึงสามารถรักษาปริมาณพลังงานของแบตเตอรี่ได้ดีกว่า ในขณะที่แบตเตอรี่ชนิดอื่นมีอัตราการสูญเสียราว 20% ต่อเดือน

 

3.          แรงดันไฟฟ้าสูง

 

         แบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ประมาณ 3.6 โวลต์/เซลล์ แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการใช้งานสูงกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่นที่มีแรงดันไฟฟ้าเพียง 1.5 – 2 โวลต์

 

4.          น้ำหนักเบา

 

         ธาตุลิเทียมที่เป็นวัสดุหลักในการผลิตเป็นโลหะอัลคาไลน์ที่มีน้ำหนักเบาสุดในโลก ทำให้ตัวแบตเตอรี่มีน้ำหนักเบามากเช่นกัน ช่วยให้น้ำหนักของอุปกรณ์ทั้งหลายลดลง รวมถึงสามารถติดตั้งใช้งานได้ง่ายขึ้น

 

ข้อจำกัดของแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนในปัจจุบัน

 

         แน่นอนว่าถึงมีข้อดีหลายด้านแต่แบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนเองก็มีข้อจำกัดบางประการ จุดด้อยที่ทำให้เรายังต้องพัฒนาต่อยอดเทคโนโลยีนี้ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ข้อเสียของแบตเตอรี่ชนิดนี้ ได้แก่

 

1.          อุณหภูมิมีผลต่อแบตเตอรี่ชนิดนี้สูงมาก

 

         หนึ่งในเงื่อนตายสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนคือ อุณหภูมิสร้างผลกระทบต่อแบตเตอรี่อย่างร้ายแรง ในกรณีที่ตัวแบตเตอรี่อุณหภูมิสูง แบตเตอรี่จะเสื่อมสภาพเร็วขึ้น ขณะเดียวกันในอุณหภูมิต่ำมากเท่าไหร่ ความจุโดยรวมของแบตเตอรี่ก็ยิ่งน้อยลง รวมถึงในอากาศติดลบจะไม่สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้เลยทีเดียว

 

2.          อาจเป็นสาเหตุเพลิงไหม้

 

         สืบเนื่องจากข้อแรก ในกรณีที่ความร้อนของแบตเตอรี่สูงเกินไปอาจทำให้ตัวแบตเตอรี่ลุกไหม้หรือติดไฟ เป็นสิ่งที่พบเห็นได้ตามอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดและเป็นปัญหาสำคัญที่ต้องเร่งแก้ไข

 

3.          ความทนทานน้อยกว่า

 

         นอกจากปัญหาในแง่อุณหภูมิแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนยังมีข้อด้อยในด้านประจุไฟฟ้า ในกรณีรับการชาร์จไฟเป็นเวลานานเกินหรือใช้งานจนแบตเตอรี่คายประจุหมด จะทำให้แบตเตอรี่มีโอกาสเสื่อมเร็วกว่าปกติ

 

4.          ราคา

 

         พื้นฐานแบตเตอรี่ชนิดนี้สร้างขึ้นจากลิเธียมเป็นหลัก แร่ลิเธียมเองก็มีราคาและต้นทุนทางการผลิตค่อนข้างสูง ทำให้ราคาของแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนสูงกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่น

 

5.          อายุการใช้งาน

 

         จริงอยู่เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ชนิดอื่นแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนมีอายุใช้งานยาวนาน แต่ก็มีอายุใช้งานจำกัดอยู่ราว 500 – 1,000 รอบการชาร์จ หลังจากนั้นแบตเตอรี่จะเสื่อมสภาพในการเก็บประจุจนไม่สามารถใช้งานได้ในที่สุด

 

         นี่คือสาเหตุให้นักวิจัยจำนวนมากยังคงพยายามหาทางปรับปรุงแบตเตอรี่ชนิดนี้ หลายส่วนได้รับการพัฒนา ปรับปรุง แก้ไขการทำงาน ยกระดับคุณภาพแบตเตอรี่ให้ดียิ่งขี้น จนเริ่มชดเชยจุดอ่อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนไปทีละข้อ

 

         แต่ขณะเดียวกันก็มีแนวคิดการใช้งานวัสดุชนิดอื่นมาทดแทนเพื่อแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นจากลิเธียมด้วยเช่นกัน

 

 

         แบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่ไม่ใช้ลิเธียมแต่ประสิทธิภาพเท่าเดิม

 

         แนวคิดนี้เกิดจากบริษัทสตาร์ทอัพ Alsym Energy ได้ริเริ่มแนวคิดเกี่ยวกับแบตเตอรี่แบบใหม่ ด้วยเงินสนับสนุนจากนักลงทุนจำนวน 32 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ จากบริษัทผู้ผลิตรถยนต์ในอินเดีย ด้วยแนวการพยายามแก้ปัญหาสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนในปัจจุบัน

 

         ข้อแรกคือการติดไฟ อย่างที่รู้กันว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนไวต่ออุณหภูมิมาก ยิ่งอุณหภูมิสูงแบตเตอรี่ยิ่งเสื่อมเร็วและอาจเกิดการลุกไหม้ เป็นอันตรายแก่ผู้ใช้งานอย่างยิ่งโดยเฉพาะพื้นที่แถบร้อนอย่างอินเดีย เคยมีกรณีการเกิดไฟไหม้ละระเบิดของสกู้ตเตอร์ไฟฟ้าขึ้น เพื่อรองรับการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องแก้ปัญหานี้

 

         อีกข้อคือการพยายามลดต้นทุนการผลิตรถยนต์ไฟฟ้า ด้วยปัจจุบันราคาของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าค่อนข้างสูง หลายบริษัทพากันสร้างรถยนต์ไฟฟ้าคุณภาพสูงตามรอย Tesla แต่นั่นเป็นการตัดโอกาสเข้าถึงของคนจำนวนมาก ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าไม่สามารถแข่งขันด้านราคากับรถยนต์สันดาป ในหลายประเทศการเปลี่ยนผ่านชนิดพลังงานจึงทำได้ไม่ราบรื่น

 

         นำไปสู่คำตอบในการเปลี่ยนจากแบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนไปสู่แบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่ไม่ต้องใช้ลิเธียมอีกต่อไป

 

         จุดเด่นของแบตเตอรี่ที่คิดค้นนี้คือการเปลี่ยนวัสดุหลักจากลิเธียมมาเป็น แมงกานีส และ Iron-oxide ซึ่งมีราคาถูกกว่า อีกทั้งแบตเตอรี่ชนิดใหม่ไม่จำเป็นต้องใช้โคบอลต์ นอกจากช่วยในการลดต้นทุนในการผลิตลงกว่าครึ่งแล้ว ยังแบ่งเบาภาระในการก่อมลพิษจากเหมืองแร่โลหะหายากอีกด้วย

 

         เมื่อวัสดุในการผลิตไม่ใช่ลิเธียมแบบของเดิม ปัญหาในการติดไฟเมื่ออุณหภูมิแบตเตอรี่สูงจะหายไปกลายเป็นแบตเตอรี่ที่ไม่ติดไฟ จึงทำให้แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าชนิดนี้มีความปลอดภัยสูง อีกทั้งช่วยลดต้นทุนได้อีกทางเมื่อไม่จำเป็นต้องเฝ้าระวังหรือวางระบบป้องกันไฟกับความร้อนมากเท่า

 

         และเมื่อความปลอดภัยจากแบตเตอรี่มากขึ้น ความเป็นไปได้ในการใช้งานจึงเพิ่มตาม โดยเฉพาะยานพาหนะประเภท เรือ และ เครื่องบิน ที่ต้องระวังการเกิดอัคคีภัยเป็นพิเศษ เมื่อปราศจากความเสี่ยงในจุดนี้ อาจช่วยให้การพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าใหม่ๆ เป็นไปอย่างก้าวกระโดด

 

         โดยทางบริษัทยังไม่ออกมาเปิดเผยรายละเอียดอะไรมากเนื่องจากอยู่ในขั้นตอนการจดสิทธิบัตร เราจึงมีรายละเอียดเกี่ยวกับแบตเตอรี่ชนิดนี้ไม่มาก แต่ทางผู้ผลิตยืนยันว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไม่ได้แพ้แบตเตอรี่ลิเธียมไออ้อนดั้งเดิม และจะเริ่มการทดสอบใช้งานในปี 2023 ก่อนเริ่มต้นการผลิตจำนวนมากในปี 2025 เพื่อให้เข้าถึงผู้คนจำนวนมากในอนาคต

 

 

         จากแผนการของทางบริษัทการใช้งานในรถยนต์ไฟฟ้าจะเป็นเพียงขั้นต้น ในอนาคตพวกเขาคาดหวังว่าแบตเตอรี่ที่ผลิตขึ้นจะช่วยในการเข้าถึงไฟฟ้าแก่ผู้คนจำนวนมากที่ยังขาดแคลน โดยอาจเป็นแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อนำมาหล่อเลี้ยงบ้านเรือนได้ในอนาคตอีกด้วย

 

 

 

 

 

 

 

 

         ที่มา

 

         https://www2.mtec.or.th/th/e-magazine/admin/upload/298_63.pdf

 

         https://energyfordummies.com/lithium-basic/

 

         https://www.lithiumbatterychina.com/th/blog/2021/08/02/the-pros-and-cons-of-lithium-ion-batteries-with-advantages-and-disadvantages/

 

         https://fortune.com/2022/05/14/india-e-scooter-market-sales-battery-explosion-fires-deaths/

 

         https://www.fastcompany.com/90761039/these-rechargeable-batteries-are-more-sustainable-and-safer-than-lithium-and-half-the-cost

 

         . https://interestingengineering.com/water-based-battery-isafer-than-lithium