ขั้วแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใหม่ แก้ปัญหาในอากาศเย็น

ทุกวันนี้เราต่างคุ้นเคยกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นอย่างดี ด้วยปัจจุบันมีการใช้งานแพร่หลายในเกือบทุกวงการ ตั้งแต่แล็ปท็อป, โทรศัพท์มือถือ, อุปกรณ์ทางการแพทย์, เครื่องมือช่าง, โดรน, เครื่องกระตุ้นหัวใจ รวมถึงยานยนต์ไฟฟ้าเกือบทุกประเภท จนกลายเป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวัน

 

       แน่นอนว่าเทคโนโลยีนี้เองก็มีข้อเสียและข้อจำกัดบางด้านที่ยังไม่อาจก้าวข้าม ตั้งแต่ต้นทุนในการผลิตสูงกว่าแบตเตอรี่ชนิดอื่น, เมื่อได้รับความร้อนสูงเกินเป็นไปได้ว่าแบตเตอรี่อาจเกิดการติดไฟส่งผลให้เกิดเพลิงไหม้, รวมถึงอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่จำกัดเพียง 500 – 1,000 รอบการชาร์จ

 

       แต่หนึ่งในเรื่องที่เป็นปัญหาไม่แพ้กันสำหรับผู้ใช้งานคือ ประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่จะลดลงในอากาศหนาวจัด

ประสิทธิภาพแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ลดลงตามอุณหภูมิ

 

       สำหรับประเทศไทยเรื่องนี้อาจไม่เป็นปัญหานักด้วยสภาพภูมิอากาศร้อนชื้นเกือบทั้งปี แม้จะมีช่วงเวลาลมหนาวอยู่บ้างแต่ไม่ได้หนักเท่ากับประเทศในแถบหนาว อากาศเย็นระดับอุณหภูมิติดลบมักพบเพียงพื้นที่ยอดดอย ดังนั้นเราจึงอาจไม่ต้องกังวลกับปัญหานี้

 

       แต่ในหลายประเทศนี่ถือเป็นเรื่องคอขาดบาดตาย เมื่อการทดสอบรถยนต์ไฟฟ้ายอดนิยมหลายรุ่นต่างประสบปัญหาภายใต้สภาพอากาศเยือกแข็ง แค่อุณหภูมิ -6.7 องศาเซลเซียส ในกรณีเปิดใช้งานระบบปรับอากาศภายในรถ อาจทำให้ระยะทางในการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าลดลงจากเดิมถึง 41% เลยทีเดียว

 

       ระยะทางที่หายไปย่อมหมายถึงประสิทธิภาพและขอบเขตการเดินทางที่ลดลง นอกจากเป็นปัญหาในด้านการใช้งานแล้ว แม้แต่เวลาหยุดพักเพื่อชาร์จแบตเตอรี่เอง ระยะเวลาในการชาร์จพลังงานเข้าสู่แบตเตอรี่กลับทำได้ช้าลง ส่งผลให้ตัวรถกินระยะเวลาชาร์จนานขึ้น และกลายเป็นหนึ่งในข้อติดขัดสำหรับการใช้รถยนต์ไฟฟ้า

สาเหตุที่เป็นแบบนี้มาจากระบบการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเอง เดิมสารที่บรรจุภายในแบตเตอรี่ต้องการความร้อนเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาไฟฟ้า ซึ่งจะสามารถทำงานได้ดีที่สุดในอุณหภูมิตามปกติ แต่เมื่อเผชิญกับอากาศเย็นตัวแบตเตอรี่จำเป็นต้องสร้างความร้อน เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาภายในตัวเครื่องเริ่มทำงานเสียก่อนจึงจะจ่ายพลังงานได้สะดวก

 

       ด้วยเหตุนี้เมื่อเผชิญกับอากาศเย็นจัด แบตเตอรี่จึงต้องใช้พลังงานมากกว่าปกติในการจ่ายพลังงานเท่าเดิม หากเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทโทรศัพท์มือถือจะทำให้ระยะเวลาใช้งานสั้นลง แต่สามารถแก้ไขได้จากอุปกรณ์เสริมอื่นๆ แต่เราทราบกันดีว่ารถยนต์ไฟฟ้าไม่สามารถทำแบบนั้นได้ จึงกลายเป็นอีกหนึ่งข้อด้อยเมื่อเทียบกับรถยนต์สันดาป

 

       แต่ทุกอย่างกำลังจะเปลี่ยนไปเมื่อมีการเปลี่ยนวัสดุใช้ในการผลิตขั้วแบตเตอรี่ที่แก้ปัญหานี้ได้

 

 

 

       ขั้วแบตเตอรี่ชนิดใหม่ ทางออกในการแก้ปัญหาจากความเย็น

 

       วัสดุใหม่ที่ถูกนำมาใช้เป็นขั้วแบตเตอรี่ในครั้งนี้คือ Zeolite imidazolate framework ผสมเช้ากับโคบอลต์(ZIF)ที่อุณหภูมิสูงมาก ออกมาเป็นขั้วแบตเตอรี่ชนิดใหม่ ซึ่งมีคุณสมบัติต้านทานความเย็นและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้แก่แบตเตอรี่เป็นอย่างมาก

 

       ในการทดสอบขั้วชนิดใหม่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถคายประจุได้ตามปกติแม้ในสภาพอากาศเย็นจัด สามารถทำงานในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งและใช้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้กว่า 85.9% สามารถคงความเสถียรไว้ได้ภายในอุณหภูมิตั้งแต่ 25 ถึง -20 องศาเซลเซียส ถือเป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

 

       นอกจากนี้เมื่อลองลดอุณหภูมิอากาศไปถึง -35 องศาเซลเซียส ขั้วแบตเตอรี่ชนิดใหม่ยังช่วยให้การชาร์จดำเนินไปได้ราบรื่นแม้ภายใต้สภาพอากาศเย็นจัด โดยประจุที่ถูกใส่ลงไปไหลเข้าไปในแบตเตอรี่เกือบ 100% ไม่แตกต่างจากตอนอุณหภูมิปกติแม้แต่นิดเดียว

 

       ผลการวิจัยนี้ถือเป็นความสำเร็จก้าวใหญ่ในหลายวงการ ทั้งอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ วงการยานยนต์ หรือกระทั่งในด้านการแพทย์ เพราะความเสถียรของแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น อาจหมายถึงคุณภาพชีวิตและความเป็นไปได้ใหม่ทางเทคโนโลยีที่จะขยายตัวไปอีกมาก

 

 

       แน่นอนว่างานวิจัยชนิดนี้อาจยังอยู่ในขั้นทดลอง แต่คาดว่าอาจได้รับการปรับปรุงให้สามารถใช้งานในผลิตภัณฑ์ได้ในไม่ช้า ด้วยปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถือเป็นหัวใจหลักของหลายอุปกรณ์ ทำให้ในอนาคตเราอาจได้เห็นความหลากหลายและการกระจายตัวได้ทั่วถึงมากขึ้น

 

       โดยเฉพาะสินค้าสำคัญอย่างรถยนต์ไฟฟ้าที่จะได้รับการแก้ไขจุดอ่อนข้อใหญ่ เพิ่มขีดความสามารถในการใช้งานจากเดิม ทำให้การเข้ามาแทนที่รถยนต์สันดาปตามเป้าหมายทำได้เร็วขึ้น เป็นอีกก้าวในการส่งเสริมพลังงานสะอาดและผลักดันให้สังคมเข้าสู่ Net zero ในเร็ววัน

 

       

 

 

 

       ที่มา

 

       https://www.tnt.com/express/th_th/site/how-to/ship-lithium-batteries.html

 

       https://www.autodeft.com/deftreport/electric-car-range-decrease-in-cold-weather

 

       https://interestingengineering.com/bumpy-anode-lithium-ion-batteries-boosts-performance

 

       https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.2c00411

 

       https://uk.mer.eco/news/how-does-cold-weather-affect-ev-car-battery-performance/