แบตเตอรี่โซลิดสเตต สำหรับ EV ยังต้องใช้เวลาอีกนาน กว่าจะเข้าสู่เชิงพาณิชย์ได้จริง
Advertisement
นักวิทยาศาสตร์หลายท่านชี้ว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-State Battery) ดูจะยังไม่พร้อมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในระยะอันใกล้นี้ เพราะมันยังคงเผชิญกับปัญหาและความท้าทายอีกมาก
ในงาน “2025 China Auto Forum” ที่จัดขึ้นในเมืองเจียติ้ง เซี่ยงไฮ้ คุณหวัง ฟาง หัวหน้านักวิทยาศาสตร์จาก China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd. ได้เน้นย้ำอย่างชัดเจนว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตยังคงต้องใช้เวลาอีกนานกว่าจะเข้าสู่เชิงพาณิชย์ได้จริง เธอได้ชี้ให้เห็นถึงปัญหาหลักๆ
1. การนำไอออนและการเชื่อมต่อพื้นผิว
- กลไกการนำไฟฟ้าที่แตกต่าง: การนำไอออนในสารอิเล็กโทรไลต์แบบแข็งนั้นแตกต่างจากแบบเหลว เหมือนกับการที่ “ตู้เก็บดินวิ่งอยู่ในดิน” ซึ่งต้องการช่องทางการนำไฟฟ้าที่ชัดเจน การเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็งทำให้พื้นผิวระหว่างขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์เปลี่ยนจาก “ของเหลว-ของแข็ง” เป็น “ของแข็ง-ของแข็ง”
- การสัมผัสพื้นผิวและความเสถียร: การสัมผัสที่ไม่ดีระหว่างสารอิเล็กโทรไลต์แบบแข็งและวัสดุขั้วไฟฟ้าแบบแข็ง จะทำให้ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น และส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุ นอกจากนี้ หากแบตเตอรี่ได้รับแรงภายนอก อาจทำให้พื้นผิวทรุดตัว ขัดขวางช่องทางการนำไอออน และส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ นี่คือความท้าทายทางเทคนิคอันดับแรกที่การพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตตกำลังเผชิญอยู่
2. กระบวนการผลิตที่ซับซ้อน
- การควบคุมแรงดันภายนอก: การผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตมีความต้องการแรงดันภายนอกที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งต้องควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อรับประกันการสัมผัสพื้นผิวและการนำไอออน
- ความไวต่ออุณหภูมิ: ในระหว่างกระบวนการผลิต จำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวด
- ความซับซ้อนของการประมวลผลโดยรวม: กระบวนการผลิตโดยรวมของแบตเตอรี่โซลิดสเตตนั้นซับซ้อนมาก ซึ่งเพิ่มความยากและต้นทุนในการผลิตเชิงอุตสาหกรรม
3. ความท้าทายด้านความปลอดภัย
- การใช้วัสดุพลังงานสูง: แม้ว่าขอบเขตความเสถียรทางความร้อนของสารอิเล็กโทรไลต์แบบแข็งจะกว้างกว่าสารอิเล็กโทรไลต์แบบเหลว ซึ่งในทางทฤษฎีแล้วมีความปลอดภัยสูงกว่า แต่เป้าหมายหนึ่งของการประยุกต์ใช้แบตเตอรี่โซลิดสเตตคือการใช้กับวัสดุที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่า (เช่น วัสดุนิกเกิลสูง ขั้วลบซิลิคอนคาร์บอน)
- ความเสี่ยงจากการปลดปล่อยพลังงานสูง: วัสดุพลังงานสูงหมายความว่าเมื่อทะลุขีดจำกัดความปลอดภัย อาจส่งผลกระทบที่รุนแรงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเหลวในปัจจุบัน ดังนั้น จึงยังคงต้องเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคในการควบคุมความปลอดภัย นอกจากนี้ ปัญหาการเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ (Lithium Dendrite) ยังคงมีอยู่ในแบตเตอรี่โซลิดสเตต ซึ่งอาจนำไปสู่การลัดวงจรหรือแม้กระทั่งการเกิดความร้อนสูงเกินไปจนควบคุมไม่ได้ (Thermal Runaway)
4. ความยากในการผลิตเชิงพาณิชย์และต้นทุนสูง
- ต้นทุนสูง: ปัจจุบันต้นทุนของแบตเตอรี่โซลิดสเตตสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเหลวอย่างมาก ทั้งต้นทุนวัสดุ (เช่น ต้นทุนสูงของสารอิเล็กโทรไลต์แบบแข็ง วัสดุบางอย่างยังไม่ได้ผลิตในปริมาณมาก) และต้นทุนในขั้นตอนการผลิต ซึ่งจำกัดการใช้งานเชิงพาณิชย์ในวงกว้าง ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมบางรายเปิดเผยว่าต้นทุนสายการผลิตของแบตเตอรี่โซลิดสเตตนั้นสูงกว่าแบตเตอรี่แบบเหลวอย่างเห็นได้ชัด
- ห่วงโซ่อุปทานที่ไม่สมบูรณ์: ห่วงโซ่อุปทานของวัตถุดิบและอุปกรณ์การผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตยังไม่สมบูรณ์ ซึ่งเพิ่มต้นทุนการผลิต
- ตารางเวลาการผลิตจำนวนมาก: แม้ว่าบางบริษัทได้ประกาศแผนการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตจำนวนมาก แต่ส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงปี 2027 ถึง 2030 และยังคงมีความท้าทายไม่น้อย หวู ค่าย หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ CATL ยังเคยกล่าวอย่างตรงไปตรงมาว่า ปัจจุบันทั้งอุตสาหกรรมยังไม่มีความสามารถในการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตแบบเต็มรูปแบบได้ในปริมาณมาก
สรุปประเด็นสำคัญ แบตเตอรี่โซลิดสเตตยังไม่พร้อมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในระยะอันใกล้
นักวิทยาศาสตร์ชี้ว่าแม้ แบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-State Battery) จะมีศักยภาพสูง แต่ยังเผชิญความท้าทายหลายด้าน ทำให้ยังไม่สามารถนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ได้ในเร็ววันนี้:
- 1. ปัญหาการเชื่อมต่อพื้นผิว (Interface Issues)
- การสัมผัสที่ไม่สมบูรณ์: การที่อิเล็กโทรไลต์เปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง ทำให้เกิดความท้าทายในการสร้างการสัมผัสที่สมบูรณ์ระหว่างขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้แบตเตอรี่มี ความต้านทานภายในสูง ประสิทธิภาพลดลง
- ความเสถียรต่ำ: หากแบตเตอรี่ถูกกระแทก อาจทำให้พื้นผิวที่สัมผัสกันทรุดตัวหรือหลุดออกจากกัน ขัดขวางการนำไอออนและทำให้แบตเตอรี่หยุดทำงานได้
- 2. กระบวนการผลิตที่ซับซ้อนและต้นทุนสูง
- ความแม่นยำสูง: การผลิตต้องควบคุม แรงดันและอุณหภูมิ อย่างแม่นยำมาก
- ต้นทุนมหาศาล: ความซับซ้อนของกระบวนการและต้นทุนวัตถุดิบที่สูง ทำให้ ต้นทุนการผลิตสูงกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเหลวมาก ไม่คุ้มค่ากับการผลิตจำนวนมาก
- 3. ความท้าทายด้านความปลอดภัยเพิ่มเติม
- พลังงานสูง, ความเสี่ยงสูง: แม้จะปลอดภัยกว่าในแง่ของการติดไฟ แต่การนำไปใช้กับวัสดุที่มี ความหนาแน่นพลังงานสูง (เพื่อเพิ่มระยะทางวิ่ง) อาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่รุนแรงกว่าหากเกิดการลัดวงจร
- ลิเธียมเดนไดรต์: ปัญหาการก่อตัวของผลึก ลิเธียมเดนไดรต์ ซึ่งอาจทำให้เกิดการลัดวงจร ก็ยังคงเป็นสิ่งที่ต้องแก้ไขในแบตเตอรี่โซลิดสเตตบางชนิด
- 4. อุปสรรคด้านการผลิตเชิงพาณิชย์และห่วงโซ่อุปทาน:
- ราคาแพงเกินไป: ต้นทุนที่สูงของวัสดุและการผลิต ทำให้ราคาของแบตเตอรี่โซลิดสเตตยัง สูงเกินกว่าจะนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไป
- ห่วงโซ่อุปทานไม่พร้อม: ยังขาดแคลน ห่วงโซ่อุปทาน ของวัตถุดิบและอุปกรณ์การผลิตที่สมบูรณ์เพื่อรองรับการผลิตในปริมาณมาก
