Home ARTICLE แบตเตอรี่ออลโซลิดสเตต : ขนาดเล็กลง ความจุไฟมากขึ้น ชาร์จเต็มในไม่กี่นาที ใช้งานได้เป็นเดือน และไม่ระเบิดใส่หน้า มีใครที่ไม่อยากได้บ้าง ?

เมื่อหลายปีก่อนตอนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (lithium-ion) เข้ามาแทนที่แบตเตอรี่แบบ nickel cadmium และ metal hydride แรก ๆ นั้นรู้สึกว่าเป็นความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่แล้ว ด้วยขนาดที่เล็กกว่า ความจุที่มากกว่า ระยะการใช้งานที่ยาวนานกว่า ทำให้มีพลังงานแก่โทรศัพท์ไร้สายเพียงพอที่จะใช้ได้ทั้งวัน จนไม่ต้องพึ่งพาโทรศัพท์แบบมีสายอีกต่อไป มือถือแทบทุกเครื่องในมือเราตอนนี้จึงล้วนใช้แบตเตอรี่แบบลิเธียมไอออน ถ้าไม่ใช่คงต้องแนะนำให้เปลี่ยนเครื่องเลยครับ

ตอนนี้เรากำลังมาถึงจุดเปลี่ยนครั้งสำคัญอีกครั้ง ด้วยความสำเร็จในการพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตต (solid state) ที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสียอีก ด้วยขนาดที่เล็กกว่า ความจุที่มากกว่า ชาร์จครั้งหนึ่งอาจจะใช้ได้นานเป็นเดือน อายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า ต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่า ชาร์จไฟเต็มแบตเตอรี่เพียงไม่กี่นาที แถมไม่ติดไฟและระเบิดใส่หน้าเราอีกด้วย อนาคตของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคงหมดอีกใน 2-3 ปีข้างหน้า

แบตเตอรี่ออลโซลิตสเตต (All-Solid-State Battery)

ที่น่าประหลาดใจคือผู้คิดค้น cobalt-oxide cathode ให้แบตเตอรี่แบบลิเธียมไอออนเมื่อ 37 ปีก่อนนี้กับหัวหน้าทีมวิจัยแบตเตอรี่ออลโซลิดสเตตที่ประสบความสำเร็จในต้นปีนี้คือศาสตราจารย์จอห์น บี. กู๊ดอีนาฟ (John B. Goodenough) ซึ่งขณะนี้มีอายุ 94 ปีแล้วแต่ยังสุขภาพแข็งแรงและยิ้มหวานอารมณ์ดี ตามรูปข้างบนครับ ครั้งนี้ร่วมทีมกับคุณมาเรีย เฮเลนนา บรากา (Maria Helena Braga) นักวิจัยอาวุโสแห่ง Cockrell School ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคณะวิศวกรรม มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ศาตราจารย์กู๊ดอีนาฟสอนอยู่ โดยใช้โซเดียมเป็นขั้วแคโทด และแก้วเป็นอิเล็กทรอไลต์

เครดิตภาพจาก www.spring8.or.jp

การทำงานของแบตเตอรี่ออลโซลิดสเตต

เซลล์แบตเตอรี่ทั้งหลายจ่ายและชาร์จไฟโดยการเคลื่อนย้ายอนุภาคไอออนระหว่างแอโนด (Anode) กับแคโทด (Cathode) ทิศทางการไหลของไอออนเป็นการบอกว่าจ่ายไฟหรือชาร์จไฟอยู่ สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ลิเธียมไอออนทั้งหลายจะไหลระหว่างทั้งสองขั้วโดยผ่านตัว อิเล็กทรอไลต์ (electrolyte) ที่อยู่ในสถานะของเหลว ส่วนแบตเตอรี่ออลโซลิดสเตตจะใช้แก้วในสถานะของแข็งเป็นอิเล็กทรอไลต์ (glass electrolytes) แทน และใช้โซเดียมเป็นแคโทดแทนลิเธียม โดยเป็นธาตุในหมู่ alkali metals เช่นเดียวกับ แต่ปริมาณของโซเดียมมีมากกว่ามหาศาลและหาง่ายมาก ในน้ำทะเลมีโซเดียมละลายอยู่ ไม่ต้องไปทำเหมืองขุดหาเหมือนลิเธียม แน่นนอนว่าโซเดียมยอมถูกกว่า

ที่สำคัญที่สุดคือความปลอดภัย เซลล์แบตเตอรี่โซลิดสเตตจะไม่ระเบิดใส่เรา เหมือนดังที่เกิดมาแล้วกับกรณี Samsung S7 เมื่อต้นปีที่โด่งดัง เพราะการชาร์จหรือรีชาร์จไฟเร็ว ๆ ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะก่อให้เกิดเส้นใยโลหะ หรือ dendrites ค่อย ๆ ก่อตัวยื่นออกมาผ่านอิเล็กทรอไลต์ที่เป็นของเหลวจนทำให้ทั้งสองขั้วชนกันและลัดวงจร เกิดการติดไฟและระเบิด แต่ถ้าใช้แบตเตอรี่ออลโซลิดสเตตไม่ต้องกังวลเพราะจะไม่เกิดการสะสม dendrites ผ่านอิเล็กทรอไลต์แก้วไปชนอีกขั้วแน่นนอนและผลพลอยได้อีกประการที่ตามมาคือความสามารถทำงานในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งที่ -20 องศาเซลเซียส เหมาะกับรถยนต์ไฟฟ้าที่วิ่งในในอุณหภูมิต่ำอีกด้วย

ทีมวิจัยยังสามารถทำให้แบตเตอรี่ออลโซลิดสเตตมีความจุพลังงานที่มากขึ้นกว่าแบตเตอรีลิเธียมถึง 3 เท่า และใช้เวลาในการรีชาร์จไฟที่ลดลงเหลือเพียงระดับเป็นนาที พร้อมจำนวนการรีชาร์จที่เพิ่มขึ้นถึง 1,200 รอบ และอายุการใช้งานที่ยาวนานเป็น 10 ปี

นอกจากแบตเตอรี่ออลโซลิดสเตตแล้ว ยังมีการพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตตอีก 8 ประเภทโดยนักวิจัยท่านอื่น ๆ ที่ใช้วัสดุต่างกันทำอิเล็กทรอไลต์ ทั้งแปดประเภทได้แก่ Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON-like, Garnet, Argyrodite, LiPONและ LISICON-like ให้เรารอฟังผลสำเร็จกันต่อไป คาดว่าจะคึกคักกันขึ้นเรื่อย ๆ

ผู้ที่รอใช้งาน

นอกจากค่ายมือถือทั้งหลายอย่าง Samsung และ Apple ที่สนใจและกำลังรอความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่โซลิดสเตตเพื่อใช้กับมือถือของตนแล้ว ยังมีค่ายผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าทั้งหลายอย่าง Toyota และ Tesla ที่ต้องการแบตเตอรี่โซลิดสเตตมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าของตนเช่นกัน รวมทั้งผู้ผลิตเครื่องมืออย่างเช่นเลื่อยและสว่านไฟฟ้าที่ตอนนี้เวลาใช้งานต้องลากสายไฟยาว ๆ ข้ามตึก

แหล่งข้อมูล

https://www.protoolreviews.com/news/solid-state-battery-technology/30038/

http://www.androidauthority.com/lithium-ion-vs-solid-state-battery-726142/

แสดงความเห็น

กรุณาช่วยกด Like เพื่อให้กำลังใจทีมงานด้วยครับ ^_^

CLOSE