เทคโนโลยีแบตเตอรี่รถไฟฟ้า ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันมีกี่ประเภท แต่ละแบบมีข้อดีอย่างไร

เทคโนโลยีแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (EV) มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน โดยแต่ละประเภทมีข้อดีและข้อจำกัดที่แตกต่างกันไป ทำให้มีการนำมาใช้งานในรถยนต์ไฟฟ้าหลากหลายรูปแบบตามความเหมาะสมและงบประมาณ และนี่คือประวัติและประเภทของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (EV Battery Technology) ที่ TrueID รวบรวมมาให้เพื่อนๆ กันครับ โดยเริ่มต้นดังนี้เลย

1. แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด (Lead-Acid Batteries)

แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด เป็นแบตเตอรี่ยุคบุกเบิกของรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริด (Hybrid Electric Vehicles - HEV) ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ถึงกลางศตวรรษที่ 20 ก่อนที่เทคโนโลยีแบตเตอรี่อื่นจะพัฒนาขึ้นมา แต่ปัจจุบันแทบไม่ใช้เป็นแบตเตอรี่ขับเคลื่อนหลักใน EV แล้ว

ข้อดีของแบตเตอรี่ประเภทนี้คือ มีราคาถูก เป็นแบตเตอรี่ที่มีต้นทุนการผลิตต่ำที่สุด รวมถึงสามารถหาซื้อง่ายและรีไซเคิลได้ดี เพราะมีกระบวนการรีไซเคิลที่ค่อนข้างสมบูรณ์ และสามารถจ่ายกระแสไฟสูงได้ชั่วขณะ ทำให้เหมาะสำหรับสตาร์ทเครื่องยนต์หรือระบบ Auxiliary ในรถยนต์

อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของแบตเตอรี่ประเภทนี้คือ มีน้ำหนักมากเมื่อเทียบกับพลังงานที่เก็บได้ ทำให้รถหนักและวิ่งได้ระยะทางสั้น รวมถึงมีพลังงานความหนาแน่นต่ำ สามารถเก็บพลังงานได้น้อย มีอายุการใช้งานสั้น รอบการชาร์จ/คายประจุมีจำกัด และมีประสิทธิภาพไม่ดีในอุณหภูมิที่สูง/ต่ำ 

2. แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Nickel-Metal Hydride / NiMH Batteries)

แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ นิยมใช้กันในยุคเริ่มต้นของรถยนต์ไฮบริดเชิงพาณิชย์ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 และต้นทศวรรษ 2000 โดยรุ่นที่ใช้ก็เช่น Toyota Prius รุ่นแรกๆ และ Honda Insight 

ข้อดีของแบตแบบนี้คือมีการพัฒนาพลังงานความหนาแน่นสูงกว่าตะกั่ว-กรด สามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าและมีน้ำหนักเบากว่า ทนทานต่ออุณหภูมิที่หลากหลาย ทำงานได้ดีในสภาวะอุณหภูมิที่แตกต่างกัน รอบการชาร์จ/คายประจุดีกว่า มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด และ ปลอดภัย มีความเสถียรทางเคมีสูงกว่าเมื่อเทียบกับ NiCd (Nickel-Cadmium)

ส่วนข้อจำกัด จะมีราคาสูงกว่าตะกั่ว-กรด เนื่องจากมีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่า ประสิทธิภาพด้อยกว่าลิเธียมไอออน ยังมีข้อจำกัดด้านพลังงานความหนาแน่นเมื่อเทียบกับ Li-ion และมี "Memory Effect" เล็กน้อย ซึ่งประสิทธิภาพอาจลดลงหากชาร์จไม่เต็มหรือไม่คายประจุจนหมดบ่อยๆ

3. แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion / Li-ion Batteries)

ยุคถัดมาเป็น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งถูกใช้โดยมากตั้งแต่กลางทศวรรษ 2000 จนถึงปัจจุบัน เป็นแบตเตอรี่มาตรฐานสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าปลั๊กอินไฮบริด (PHEV) และรถยนต์ไฟฟ้า 100% (BEV) เกือบทุกคัน

ข้อดีของแบตเตอรี่ประเภทนี้คือให้ พลังงานความหนาแน่นสูงที่สุด สามารถเก็บพลังงานได้มากในขนาดและน้ำหนักที่เบา ทำให้รถวิ่งได้ระยะทางไกลขึ้น ไม่มี "Memory Effect" สามารถชาร์จเมื่อไหร่ก็ได้ ไม่จำเป็นต้องรอให้แบตเตอรี่หมดสนิท ประสิทธิภาพการคายประจุสูง ให้กำลังไฟได้ดีและต่อเนื่อง และ รอบการชาร์จ/คายประจุยาวนาน มีอายุการใช้งานที่ค่อนข้างดี

ข้อจำกัดของแบตเตอรี่นี้ คือมี ราคาสูง ต้นทุนการผลิตค่อนข้างสูง (แต่ลดลงเรื่อยๆ) ไวต่ออุณหภูมิ ประสิทธิภาพและอายุการใช้งานจะลดลงเมื่อเจออุณหภูมิสูงจัดหรือต่ำจัด (จึงต้องมีระบบจัดการความร้อน) ความเสี่ยงด้านความปลอดภัย หากเกิดความเสียหายร้ายแรง อาจมีความเสี่ยงเรื่องความร้อนสูงเกินไป (Thermal Runaway) หรือไฟไหม้ได้ (แต่มีการพัฒนาระบบความปลอดภัยอย่างต่อเนื่อง) 

• ประเภทย่อยของ Li-ion ที่ใช้ใน EV ปัจจุบัน:
• NMC (Nickel Manganese Cobalt): เช่น NMC 811 (นิกเกิล 80%, แมงกานีส 10%, โคบอลต์ 10%) เป็นที่นิยมในรถ EV ระยะทางไกล เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานสูงมาก
• NCA (Nickel Cobalt Aluminum): คล้ายกับ NMC แต่ใช้ Aluminum แทน Manganese นิยมใช้ใน Tesla มีความหนาแน่นพลังงานสูงและรอบการใช้งานที่ดี
• LFP (Lithium Iron Phosphate): มีความปลอดภัยสูงกว่า ทนทานต่อการชาร์จเต็ม 100% ได้บ่อยครั้ง อายุการใช้งานยาวนานกว่า และมีราคาถูกกว่า NMC/NCA แต่มีความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่าเล็กน้อย (ทำให้รถวิ่งได้ระยะทางสั้นกว่า) นิยมใช้ในรถ EV รุ่นเริ่มต้นหรือรถบัสไฟฟ้า เช่น Tesla Model 3/Y (Standard Range), BYD

4. แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (Lithium Iron Phosphate / LFP Batteries)

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต กลับมาได้รับความนิยมอย่างมากตั้งแต่ปี 2020 เป็นต้นมา โดยเฉพาะในรถ EV ระดับเริ่มต้นและกลาง มีจุดเด่นอยู่ที่ความคุ้มค่าและความปลอดภัย

ข้อดีของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต คือ มีความปลอดภัยสูง มีความเสถียรทางเคมีสูงกว่า Li-ion ประเภทอื่นๆ โดยเฉพาะ NMC/NCA ลดความเสี่ยงในการเกิด Thermal Runaway และไฟไหม้ อายุการใช้งานยาวนาน รอบการชาร์จ/คายประจุสูงกว่า (สามารถชาร์จเต็ม 100% ได้บ่อยครั้งโดยไม่ส่งผลกระทบมาก) ราคาถูกกว่า ต้นทุนการผลิตต่ำกว่า NMC/NCA เนื่องจากไม่ใช้โคบอลต์ซึ่งมีราคาแพงและประเด็นด้านการทำเหมือง และ ประสิทธิภาพดีในอุณหภูมิสูง ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี

อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดในส่วนของ พลังงานความหนาแน่นต่ำกว่า เมื่อเทียบกับ NMC/NCA ทำให้มีน้ำหนักมากกว่าหรือวิ่งได้ระยะทางสั้นกว่าในขนาดแบตเตอรี่ที่เท่ากัน และ ประสิทธิภาพต่ำในอุณหภูมิต่ำ ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างชัดเจนในสภาพอากาศหนาวจัด

5. แบตเตอรี่โซลิดสเตท (Solid-State Batteries)

แบตเตอรี่โซลิดสเตท เป็นเทคโนโลยีล่าสุดที่กำลังอยู่ระหว่างการวิจัยและพัฒนาอย่างเข้มข้น คาดว่าจะเริ่มเห็นในรถยนต์ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ในช่วงปลายทศวรรษ 2020 ถึงต้นทศวรรษ 2030

ข้อดีของแบตเตอรี่โซลิดสเตท คือให้ พลังงานความหนาแน่นสูงกว่า Li-ion ปัจจุบันมาก สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้นในขนาดที่เล็กและน้ำหนักที่เบาลงอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้รถ EV วิ่งได้ระยะทางที่ไกลกว่าเดิมมาก รวมถึง ปลอดภัยกว่า เนื่องจากใช้ของแข็งเป็นอิเล็กโทรไลต์ แทนของเหลวไวไฟ ทำให้ลดความเสี่ยงในการเกิดไฟไหม้หรือ Thermal Runaway ได้อย่างมาก ชาร์จเร็วขึ้น มีศักยภาพในการรับกระแสไฟสูง ทำให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้เต็มในเวลาอันสั้น และ อายุการใช้งานยาวนานขึ้น คาดว่าจะมีรอบการชาร์จ/คายประจุที่สูงกว่า

แน่นอนว่าข้อดีเยอะขนาดนี้ ก็จะมีข้อจำกัดในส่วนของการมี ต้นทุนการผลิตสูงมาก ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาในระดับอุตสาหกรรม ความทนทานในระยะยาว อาจยังต้องพิสูจน์ความทนทานต่อการใช้งานจริงในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย และเทคโนโลยีนี้ยังไม่พร้อมสำหรับ  การผลิตจำนวนมาก หรือการผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

สรุปการพัฒนา:

จากแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดที่หนักและให้พลังงานน้อยในอดีต สู่แบตเตอรี่ Li-ion หลากหลายชนิดในปัจจุบันที่ให้พลังงานความหนาแน่นสูงขึ้นเรื่อยๆ และมุ่งเน้นความปลอดภัยและลดต้นทุน และก้าวต่อไปคือแบตเตอรี่โซลิดสเตทที่คาดว่าจะมาปฏิวัติวงการ EV ด้วยระยะทางที่ไกลขึ้น การชาร์จที่เร็วขึ้น และความปลอดภัยที่เหนือกว่า เทคโนโลยีแบตเตอรี่คือหัวใจสำคัญของการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า และยังคงเป็นสิ่งที่น่าจับตามองอย่างใกล้ชิดในอนาคตครับ

Photo Credit : AI Generated