แบตเตอรี่ลิเทียมยุคหน้า (Next Generation Lithium Ion Batteries)

 แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-Ion Battery) คือ แบตเตอรี่ขนาดเล็ก ความจุสูง ซึ่งถูกเสนอแนวคิดพื้นฐานไว้ในช่วงวิกฤติการณ์น้ำมัน ปี 1973 โดย Stanley Whittingham ในฐานะเทคโนโลยีพลังงานที่ไม่ใช้เชื้อเพลิง ซึ่งในช่วงแรก ได้ใช้ Titanium Disulphide วัสดุที่สามารถเก็บลิเธียมไอออนไว้ในระดับโมเลกุลเป็นวัสดุในการผลิตขั้วแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียม

ส่วนขั้วแอโนด ผลิตจาก Metallic Lithium ซึ่งสามารถปล่อยอิเล็กตรอนได้มาก ได้เป็นแบตเตอรี่ที่มีศักยภาพในการพัฒนาต่อยอดสูง อย่างไรก็ตาม ในช่วงต้น แบตเตอรี่ลิเธียมระเบิดได้ง่าย จึงไม่ปลอดภัยที่จะนำมาใช้งาน และผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียง 2 โวลต์เท่านั้นถัดมา John Goodenough ตั้งสมมุติฐานว่า หากเปลี่ยนมาใช้ Metal Oxide แทน Metal Sulphide แบตเตอรี่ลิเธียมจะมีประสิทธิภาพสูงมากขึ้น และถัดมาในปี 1980 ได้สาธิตการใช้ Cobalt Oxide ร่วมกับชั้นลิเธียมไอออนบาง ๆ ซึ่งสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าเดิมถึง 2 เท่าจากนั้นในปี 1985 Akira Yoshino ได้ใช้แคโทดของ Goodenough เป็นพื้นฐานในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนออกสู่ตลาด และเปลี่ยนมาใช้ Petroleum Coke วัสดุที่มีคุณสมบัติคล้าย Cobalt Oxide แทนที่ลิเธียมในขั้วแอโนด ได้เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนน้ำหนักเบา ชาร์จได้มากกว่าร้อยครั้ง และเป็นรูปแบบที่ถูกใช้งานถึงปัจจุบัน

นับจากนั้น ตั้งแต่ปี 1991 เป็นต้นมา แบตเตอรี่ลิเธียมไออน ได้กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์แบบไร้สาย และอุปกรณ์พกพา โดยในช่วงแรก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ถูกใช้ในอุตสาหกรรมทหาร และอากาศยานเป็นหลัก

ส่วนในอุตสาหกรรมยานยนต์นั้น ความพยายามแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมในระดับสากล ได้ผลักดันให้เกิดนโยบายด้านสิ่งแวดล้อม และพลังงานทดแทนในหลายภูมิภาค นำมาซึ่งนโยบายควบคุมยานยนต์ ลดจำนวนเครื่องยนต์สันดาป และหันมาใช้พลังงานทดแทนในหลายประเทศ ส่งผลให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่มีความต้องการสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง สอดคล้องไปกับปริมาณรถยนต์ไฟฟ้าในตลาดที่เพิ่มขึ้นในทุก ๆ ปี

ทั้งนี้ คุณธนชาติ โภชนา ผู้ก่อตั้งและประธาน Enserv Group พูดว่า “เป้าหมายสูงสุดของ Enserv คือการเป็นผู้นำระดับโลกด้านนวัตกรรมพลังงานหมุนเวียน แบตเตอรี่ลิเธียม–ซัลเฟอร์ และวิวัฒนาการในอนาคตของเทคโนโลยีนี้ จะเป็นกุญแจสำคัญในการปฏิวัติเรื่องการจัดเก็บพลังงาน”

“ตอนนี้เรากำลังจะเปิดตัวแบตเตอรี่ตัวใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเดิม มีพลังงานหนาแน่นกว่า และสะอาดกว่าสำหรับโลก มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่ง Enserv Australia คาดหวังที่จะเป็นผู้ผลิตแบตเตอรี่ในออสเตรเลีย ซึ่งเป็นผู้ผลิตลิเธียมรายใหญ่ที่สุดของโลก”

ส่วน Mark Gustowski, กรรมการผู้จัดการของ Enserv Australia ได้พูดเสริมว่า “การพัฒนาเทคโนโลยีนี้ก็เพื่อเสิร์ฟกับความต้องการของตลาดโลก สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่กำลังเติบโต ทั้งนี้ แพลนไว้ว่าการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ล็อตแรกในออสเตรเลีย โดยจะใช้ลิเธียมของออสเตรเลีย คาดว่าจะใช้เวลาประมาณ 5 ปี และเป็นการเมขีดความสามารถของบริษัทด้วยในด้านนี้”

ดูจากความมุ่งมั่นของ Enserv Group นอกจากจะเห็นว่าเทคโนโลยีของแบตเตอรี่มีความสำคัญอย่างไร ยังเป็นการย้ำถึงกระแสในอนาคตเกี่ยวกับยานยนต์พลังงานไฟฟ้าด้วย ซึ่งวิสัยทัศน์ของ Enserv Group น่าสนใจตรงที่มองรวมทั้งหมดที่เป็นยานพาหนะ ไม่ใช่แค่รถยนต์ หรือเรือดำน้ำ แต่ยังมองไปถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นพลังงานไฟฟ้า และโดรนเกษตรกรรม ที่เป็นเทคโนโลยีสมัยใหม่ในการเกษตร ซึ่งเชื่อว่าประเทศไทยคงจะได้ประโยชน์ไม่น้อยจากเทคโนโลยีนี้

 International Energy Agency (IEA) รายงานว่า ตลอดปี 2018 จำนวนรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกอยู่ที่ 5.1 ล้านคัน เพิ่มขึ้นจากปีก่อนหน้าอย่างก้าวกระโดดถึง 2 ล้านคัน โดยมีจีนเป็นตลาดรถยนต์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลก ตามด้วยยุโรป และสหรัฐอเมริกา ส่วนประเทศที่มีส่วนแบ่งทางการตลาดสูงสุดคือนอร์เวย์

ปัจจัยหลักที่ทำให้จีนเป็นตลาดรถยนต์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลก คือนโยบาย New Energy Vehicle (NEV) ซึ่งเข้าควบคุมยอดขายรถยนต์ไฟฟ้า และรถยนต์ที่ใช้พลังงานทดแทนอื่น ๆ อย่างเข้มงวด ส่วนปัจจัยรองลงมาคือภาพเศรษฐกิจ และความคืบหน้าทางเทคโนโลยี ซึ่งช่วยลดช่องว่างระหว่างราคาของรถยนต์ทั่วไป และรถยนต์ไฟฟ้าให้แคบลง รวมถึงนโยบายสนับสนุน และกลยุทธ์จากภาครัฐ

ความคืบหน้าทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เป็นส่วนสำคัญที่สุดในการลดราคารถยนต์ไฟฟ้าให้ถูกลง รวมไปถึงการเติบโตของธุรกิจเคมี และการออกแบบยานยนต์ให้เรียบง่ายขึ้นกว่าที่ผ่านมา รวมถึงเทคโนโลยีอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น แท่นชาร์จไฟ

ด้วยเหตุนี้เอง ทำให้ธุรกิจในภาคเอกชนหลายบริษัท ให้ความสนใจในอุตสาหกรรมรถยนต์ไฟฟ้ามากขึ้น ยกตัวอย่างเช่นอุตสาหกรรมพลังงาน และผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งให้ความสนใจในการลงทุนโครงสร้างพื้นฐานรองรับการขยายตัวของรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต

IEA คาดการณ์ว่า ในปี 2030 ยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกจะอยู่ที่ 23 ล้านคัน ในขณะที่จำนวนรวมทั้งหมดจะอยู่ที่ 130 ล้านคัน (รวมมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า) ซึ่ง IDTechEx สำนักวิเคราะห์จากอังกฤษ คาดการณ์ว่าในปีเดียวกันนี้ รถยนต์ไฟฟ้า จะเป็นตลาดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใหญ่ที่สุด และมีมูลค่าสูงถึง 3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ อย่างไรก็ตาม ทางผู้วิเคราะห์ ได้ชี้แจงเพิ่มเติมว่า ราคาอาจผันผวนได้มาก ขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าในเทคโลโยนีลดต้นทุนการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของ Gigafactory

แนวโน้มนี้เอง แสดงให้เห็นว่าความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในอนาคต ซึ่งอุตสาหกรรมยานยนต์ จะกลายเป็นลูกค้าสำคัญของแบตเตอรี่ชนิดนี้ รวมไปถึงการพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ ซึ่งสามารถนำมาต่อยอดเป็นแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังคงมีความกังวลในกรณีการกำจัดแบตเตอรี่ที่หมดอายุการใช้งานแล้ว และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ทั้งกระบวนการ ซึ่งจากการคำนวนโดย IEA พบว่า ในประเทศที่ยังใช้พลังงานจากถ่านหินเป็นหลัก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะมีมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการใช้เครื่องยนต์สันดาปอีกด้วย

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-Ion Battery)

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-Ion Battery) หรือตัวย่อคือ “Li-Ion” เป็นแบตเตอรี่คุณภาพสูง ชนิดที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ (Rechargeable Battery) หรือใช้ซ้ำได้ มันเริ่มใช้กันมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1970 (พ.ศ. 2513) แล้ว โดยในปัจจุบันมีใช้กันอย่างแพร่หลายใน เครื่องใช้ไฟฟ้า ที่ต้องมีการเก็บประจุไฟมากมาย อาทิ หุ่นยนต์ดูดฝุ่น หุ่นยนต์เช็ดกระจก (ใช้เพื่อสำรองไฟกรณีไฟบ้านที่ต่ออยู่เกิดดับขึ้นมา) หุ่นยนต์ตัดหญ้า หรือแม้แต่โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค (แล็ปท็อป) แบตเตอรี่สำรอง (Power Bank) เกือบทุกรุ่น และทุกยี่ห้อ ก็ใช้แบตเตอรี่ชนิดนี้เช่นกัน

สำหรับคุณสมบัติหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน คือ การจ่ายไฟที่แรง และคงที่อยู่ตลอดเวลา แม้ไฟในแบตเตอรี่ใกล้จะหมด แถมยังมีระยะเวลาการชาร์จไฟจนเต็มความจุที่เร็วกว่าแบตเตอรี่แบบอื่นๆ และยังใช้ได้นานกว่าอีกด้วยเช่นกัน

อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในระยะที่เต็มประสิทธิภาพ จะอยู่ระหว่าง 1.0-1.5 ปี ขึ้นอยู่กับปริมาณการใช้งานว่ามากหรือน้อย รวมไปถึงการดูแลรักษา และหลังจากนั้นก็จะเสื่อมลง และถึงแม้ว่าเราจะเก็บแบตเตอรี่ชนิดนี้เอาไว้เฉยๆ โดยไม่ได้ใช้งานอะไรเลย แบตเตอรี่ก็สามารถเสื่อมประสิทธิภาพลงได้อยู่ดี (ดังนั้นไม่ควรซื้อเก็บสำรองเอาไว้)

การดูแลรักษาแบตเตอรี่แบบลิเธียมไอออน ให้ใช้กับเราไปนานๆ

1. เก็บแบตเตอรี่ หรืออุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ชนิดนี้ให้อยู่ภายในอุณหภูมิ และความชื้นที่เหมาะสม หลีกเลี่ยงการชาร์จไฟภายใต้อุณหภูมิที่สูง (เพราะจะยิ่งทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วขึ้น)
2. อย่าใช้งานจนแบตเตอรี่หมดเกลี้ยง หรือใกล้หมดสุดๆ ควรหมั่นชาร์จให้มีไฟเลี้ยงตัวแบตเตอรี่อยู่บ่อยๆ เพราะการชาร์จไฟบ่อยๆ ไม่ได้มีผลต่อการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่
3. ใช้อุปกรณ์ชาร์จไฟที่ได้มาตรฐาน มีการจ่ายไฟเข้าแบตเตอรี่ที่นิ่ง และคงที่ ไม่ควรชาร์จไฟในรถบ่อยๆ เพราะไฟในรถไม่ค่อยนิ่งเท่าไหร่นัก

4. เทคโนโลยีแบตเตอรี่ยุคใหม่เป็นอย่างไร?

   ทีมนักวิจัยออสเตรเลีย พยายามสร้างแบตเตอรี่ที่มีเสถียรภาพมากขึ้น โดยมีจุดประสงคหลักคือ ต้องใช้งานได้นานขึ้น มีน้ำหนักเบา และต้องมีความยั่งยืนกว่าแบตเตอรี่ในปัจจุบัน ที่สำคัญแบตเตอรี่ที่กำลังพัฒนานี้ ไม่ได้สร้างขึ้นมาเพื่อรถยนต์ไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงสมาร์ทโฟน คอมพิวเตอร์ หรือ เรือดำน้ำในอนาคตด้วย

   คำตอบของการพัฒนาแบตเตอรี่ยุคใหม่ ก็คือ แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ (Lithium-Sulphur batteries) เชื่อว่าเป็นแบตเตอรี่ที่จะมาใช้ทดแทนเทคโนโลยีแบตเตอรี่ปัจจุบันได้ ซึ่งทีมวิจัยของมหาวิยาลัย Monash ได้อ้างว่า แบตเตอรี่ชนิดนี้สามารถใช้งานร่วมกับสมาร์ทโฟนได้อย่างน้อย 5 วัน และสำหรับพลังงานรถยนต์ไฟฟ้าอาจได้มากถึง 1,000 กม.

   ขณะที่รายงานของ วารสาร Nature Communications ได้พูดถึง แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ เอาไว้ว่า “การพัฒนาเทคโนโลยีใหม่กับแบตเตอรี่ครั้งนี้ เป็นการใช้วิธีการเคลือบด้วยกลูโคส (Glucose) บนขั้วไฟฟ้าบวก ซึ่งเป็นการปรับปรุงการยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคในแคโทด (Cathode) ของกำมะถัน ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้สูงขึ้น ดังนั้น วิธีการนี้จะเป็นการรักษาเสถียรภาพของแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ที่ดีขึ้นมาก”

   “ด้วยวิธีการใหม่นี้ จึงทำให้ได้รับคำนิยามว่าเป็น the next generation of batteries (แบตเตอรี่รุ่นต่อไป)”

   ทางด้าน ศาสตราจารย์ Mainak Majumder, รองผู้อำนวยการ Monash Energy Institute ได้พูดว่า “ในเวลาไม่ถึงทศวรรษ เทคโนโลยีนี้จะสามารถใช้ได้กับยานพาหนะที่เป็นพลังงานไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นรถโดยสารไฟฟ้า, รถบรรทุกไฟฟ้าที่สามารถเดินทางจากเมลเบิร์นไปยังซิดนีย์โดยไม่ต้องชาร์จเพิ่ม (ชาร์จแค่ 1 ครั้ง)”

   “และเชื่อว่า เทคโนโลยีนี้ไม่ได้ใช้กับรถยนต์เท่านั้น แต่เราจะพัฒนาต่อให้เกิดนวัตกรรมใหม่สำหรับโดรนทางการเกษตร ให้มีน้ำหนักเบาขึ้น และใช้ได้นาน ซึ่งจะมีประโยชน์อย่างมากในอนาคต”

   ทั้งนี้ หากอธิบายตามทฤษฎีเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ ในบทความระบุข้อแตกต่างที่เห็นได้ชัด อย่างเช่น การเก็บพลังงานได้มากกว่า 2-5 เท่า เทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในน้ำหนักแบตเตอรี่ที่เท่ากัน นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้ทดสอบและพบว่า อายุการใช้งานหากปล่อยประจุอย่างน้อย 1,000 รอบ แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ ยังคงมีความจุที่มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ที่สำคัญการผลิตแบตเตอรี่ไม่ต้องใช้วัสดุที่แปลกใหม่ เป็นพิษ และมีราคาแพง ดังนั้น ต้นทุนในการผลิตแบตเตอรี่ในอนาคตจะถูกลง