แบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-state battery) ของ Changan ที่มีระดับความหนาแน่นพลังงาน 400 Wh/kg ถือเป็นเทคโนโลยี "ก้าวกระโดด" ที่จะมาเปลี่ยนมาตรฐานรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต โดยมีรายละเอียดสำคัญดังนี้
ความหนาแน่นพลังงาน 400 Wh/kg หมายถึงอะไร?
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ในรถ EV ทั่วไปปัจจุบันมีความหนาแน่นอยู่ที่ประมาณ 200–300 Wh/kg การขยับขึ้นไปถึง 400 Wh/kg หมายความว่าในน้ำหนักแบตเตอรี่ที่เท่ากัน รถของ Changan จะสามารถวิ่งได้ระยะทางไกลขึ้นมาก (อาจทะลุ 1,000 กิโลเมตรต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง) น้ำหนักเบาลงยังส่งผลไปถึงอัตราสิ้นเปลืองพลังงาน หากต้องการระยะทางวิ่งเท่าเดิม ตัวแบตเตอรี่จะมีขนาดเล็กลงและน้ำหนักเบาลง ช่วยให้รถมีสมรรถนะดีขึ้นและประหยัดพลังงานมากกว่าเดิม
...
ทำไมต้องใช้แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตต (Solid-state)?
ใช้อิเล็กโทรไลต์แบบแข็ง: ต่างจากแบตเตอรี่ปกติที่ใช้ของเหลว (ซึ่งไวไฟและเสี่ยงระเบิดเมื่อเกิดการลัดวงจร) โซลิดสเตตใช้สารแข็งแทน ทำให้ไม่ติดไฟ และทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงหรือต่ำจัดได้ดีกว่า แบตเตอรี่แบบใหม่นี้ มีอัตราการชาร์จพลังงานไฟฟ้าเร็วขึ้น ชาร์จไวขึ้นและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น เทคโนโลยีนี้ช่วยให้การเคลื่อนที่ของไอออนมีประสิทธิภาพสูง ลดความร้อนสะสมขณะชาร์จ ทำให้รองรับการชาร์จแบบ Ultra-fast ได้โดยไม่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็ว
แผนการใช้งานจริง
ปี 2026 เริ่มการทดสอบติดตั้งและตรวจสอบการใช้งานในรถยนต์จริง (Verification)
ปี 2027 เริ่มเข้าสู่กระบวนการผลิตจำนวนมาก (Mass Production) อย่างเต็มรูปแบบ
แบตเตอรี่ตัวนี้จะทำให้รถไฟฟ้าของ Changan วิ่งไกลขึ้น ปลอดภัยกว่าเดิม ไม่ระเบิด ชาร์จไฟได้เร็วขึ้นอย่างมาก โดยมีกำหนดให้เราได้เห็นกันในตลาดช่วงปีหน้าเป็นต้นไป
กลไกทางเคมีของ Solid-state Battery (SSB) มีหลักการพื้นฐานคล้ายกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ของเหลว (Liquid Electrolyte) คือการเคลื่อนที่ของ ลิเธียมไอออน (Li+) ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ แต่มีความแตกต่างสำคัญที่ ตัวกลาง และ ปฏิกิริยาที่พื้นผิว
...
การเปลี่ยนตัวกลางจากของเหลวเป็นของแข็ง ในแบตเตอรี่ปกติ ลิเธียมไอออนจะว่ายผ่านของเหลวที่ไวไฟ แต่ใน Solid-state นั้น Solid Electrolyte ใช้สารจำพวก เซรามิก (Ceramics), พอลิเมอร์แข็ง (Solid Polymers) หรือ แก้วซัลไฟด์ (Sulfides) เป็นตัวกลาง Mechanism ไอออนไม่ได้ "ว่าย" แต่จะใช้การ "กระโดด" (Hopping) ไปตามช่องว่างในโครงสร้างผลึกของสารแข็งนั้นๆ เพื่อเคลื่อนที่จากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง
การใช้ขั้วลบแบบ "Lithium Metal" (หัวใจของพลังงาน 400Wh/kg) แบตเตอรี่แบบเดิมต้องใช้ก้อนกราไฟต์มาหุ้มลิเธียมไว้เพื่อความปลอดภัย แต่ Solid-state มีกลไกที่ต่างออกไป Lithium Metal Anode เนื่องจากสารแข็งมีความแข็งแกร่งเชิงกลสูง มันจึงทำหน้าที่เป็นกำแพงกั้นไม่ให้เกิด Dendrites (ผลึกลิเธียมที่เป็นเส้นแหลมๆ ซึ่งมักจะแทงทะลุตัวกั้นจนเกิดไฟไหม้ในแบบของเหลว) Chemical Advantage เมื่อไม่ต้องใช้กราไฟต์มาประคอง ทำให้เราใช้ ลิเธียมบริสุทธิ์ เป็นขั้วลบได้โดยตรง ซึ่งมีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่ากราไฟต์หลายเท่าตัว
...
ปัญหาทางเคมีที่ Changan และพันธมิตรต้องแก้ เนื่องจากเป็น "ของแข็งแตะกับของแข็ง" ไอออนจึงเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อได้ยากกว่า ของแข็งแตะกับของเหลว การแก้ปัญหา Changan ใช้เทคโนโลยี Separator-free และการเคลือบผิวสัมผัสระดับนาโน เพื่อให้รอยต่อระหว่างขั้วไฟฟ้ากับตัวกลางของแข็งแนบสนิทกันที่สุด ลดแรงต้านทานทางเคมีลง
ด้วยโครงสร้างทางเคมีที่เสถียรมากนี้ ทำให้แบตเตอรี่ของ Changan ทนความร้อนได้สูงกว่า 100°C โดยไม่เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่นำไปสู่การระเบิด (Thermal Runaway) ซึ่งเป็นข้อจำกัดสูงสุดของแบตเตอรี่แบบเหลวในปัจจุบัน.
วัสดุที่ใช้ทำตัวกลางของแข็ง (Solid Electrolyte) ในปัจจุบันแบ่งออกเป็น 3 ตระกูลหลัก โดยแต่ละแบบมี "บุคลิก" ทางเคมีที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของรถยนต์ไฟฟ้าต่างกัน
กลุ่มออกไซด์ (Oxide-based) เป็นวัสดุจำพวกเซรามิก (เช่น LLTO หรือ LLZO)
ข้อดี ความเสถียรสูง ทนต่อความร้อนและสารเคมีได้ดีเยี่ยม ไม่ติดไฟและไม่ระเบิด ความแข็งแกร่งเชิงกล ป้องกันการเกิดผลึกแหลม (Dendrites) ที่จะแทงทะลุแบตเตอรี่ได้ดีที่สุด
...
ข้อเสีย มีความเปราะแตกหักง่ายเหมือนกระเบื้อง ทำให้การผลิตแผ่นใหญ่ๆ สำหรับรถยนต์ทำได้ยาก แรงต้านทานบริเวณรอยต่อ เนื่องจากมันแข็งมาก การจะทำให้หน้าสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรไลต์กับขั้วไฟฟ้าแนบสนิทกันนั้นทำได้ยาก (High Interfacial Resistance)
กลุ่มซัลไฟด์ (Sulfide-based) เป็นวัสดุที่ผู้ผลิตรถยนต์ฝั่งญี่ปุ่นและจีน (Changan) ให้ความสนใจอย่างมาก เพื่อลบข้อด้อยของแบตเตอรี่แบบเดิม
ข้อดี นำไอออนได้ดีที่สุด ค่าการนำไฟฟ้าสูงใกล้เคียงหรือดีกว่าแบบของเหลว ทำให้ชาร์จไฟได้เร็วมาก มีความยืดหยุ่น วัสดุมีความนุ่มกว่าแบบออกไซด์ ทำให้สัมผัสกับขั้วไฟฟ้าได้แนบสนิทกว่า ลดแรงต้านทานภายในได้ดี
ข้อเสีย ไวต่อความชื้น หากเจอกับความชื้นในอากาศเพียงเล็กน้อย จะทำปฏิกิริยาเกิดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ทำให้เกิดกลิ่นเหม็นและมีพิษ จึงต้องผลิตในห้องแห้ง (Dry Room) คุณภาพสูงมากข้อเสีย ไวต่อความชื้น หากเจอกับความชื้นในอากาศเพียงเล็กน้อย จะทำปฏิกิริยาเกิดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งมีกลิ่นเหม็นและมีพิษ จึงต้องผลิตในห้องแห้ง (Dry Room) คุณภาพสูง
กลุ่มพอลิเมอร์ (Polymer-based) ใช้พลาสติกพิเศษที่มีเกลือลิเธียมผสมอยู่
ข้อดี ผลิตง่าย สามารถใช้อุปกรณ์การผลิตเดิมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเหลวมาปรับใช้ได้เลย มีความยืดหยุ่นสูง ทนต่อแรงบิดและแรงกระแทกได้ดี
ข้อเสีย นำไอออนได้ต่ำ ส่วนใหญ่ต้องอุ่นเครื่องแบตเตอรี่ให้ร้อน (60-80°C) ก่อนถึงจะใช้งานได้ดี ทำให้ไม่เหมาะกับการใช้งานในเขตหนาวหรือเริ่มสตาร์ทรถทันที
ช่วงแรกของการผลิตแบตเตอรี่แบบใหม่ คาดว่า ราคาจะสูงกว่าเดิมในช่วงแรก และในปี 2027 Changan วางแผนเริ่มผลิตแบตเตอรี่แบบใหม่จำนวนมาก (Mass Production) ราคาแบตเตอรี่ Solid-state จะยังสูงอยู่เนื่องจากต้นทุนวัตถุดิบ วัสดุกลุ่ม Sulfide หรือ Oxide เกรดสูง มีราคาสูงกว่าสารเคมีในแบตเตอรี่แบบเหลว การลงทุนโรงงานใหม่ต้องใช้เครื่องจักรใหม่ที่ควบคุมความชื้นและสภาพแวดล้อมได้ละเอียดกว่าเดิม (โดยเฉพาะแบบ Sulfide ที่ต้องทำในห้อง Dry Room พิเศษ) ทำให้ในช่วงแรกยอดการผลิตยังไม่สูงเท่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนปกติ.
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/