อนาคตใน 2 ทศวรรษหน้า ของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า


เมื่อรถยนต์ไฟฟ้ามีการผลิตเพื่อป้อนความต้องการในตลาดที่เพิ่มขึ้น ทำให้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานหลักในรถยนต์มีการผลิตและใช้งานเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ภายในปี ค.ศ. 2040 ทาง Bloomberg Inc. คาดการณ์ไว้ว่าจำนวนรถยนต์ไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วน 55 เปอร์เซ็นต์ของรถยนต์ทั้งหมดบนท้องถนนในทุกเซกเตอร์ตั้งแต่รถยนต์นั่งส่วนบุคคลจนถึงรถสปอร์ตเหตุผลด้านเทคนิคที่เราทราบกันดีคือ มอเตอร์ไฟฟ้าถูกพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นและการบำรุงรักษาที่ง่ายกว่ารถยนต์แบบลูกสูบชัก (ICE) อีกหนึ่งปัจจัยสำคัญคือ ราคาของแบตเตอรี่ที่เป็นต้นทุนหลักของรถยนต์ไฟฟ้าก็จะลดลงอย่างมากอีกด้วย ภายในปี ค.ศ. 2030 อาจจะต่ำลงเหลือเพียง 62 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงเท่านั้น

แนวโน้มปริมาณรถยนต์ไฟฟ้าระหว่างปี ค.ศ. 2015-2040
แนวโน้มปริมาณรถยนต์ไฟฟ้าระหว่างปี ค.ศ. 2015-2040 ที่มา : Bloomberg
แนวโน้มราคาแบตเตอรี่แพ็กเป็นดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง
แนวโน้มราคาแบตเตอรี่แพ็กเป็นดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ที่มา : Bloomberg

หลายๆ ท่านคงทราบกันดีว่าแบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าประกอบกันด้วยเซลล์ไฟฟ้าเล็กๆ หลายๆ เซลล์ต่ออนุกรมและขนานกันรวมกันเป็นแบตเตอรี่แพ็ก เพื่อให้ได้ขนาดของแบตเตอรี่ตามที่ผู้ผลิตรถยนต์ต้องการเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้มอเตอร์ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพและมีระยะทางการเดินทางต่อการชาร์จ 1 ครั้งที่ไกลที่สุดเท่าที่จะทำได้ (จำนวนของเซลล์แบตเตอรี่ของ TESLA MODEL S มีประมาณ 7 พันเซลใน 1 แบตเตอรี่แพ็ก) แบตเตอรี่ที่ใช้งานส่วนมากในรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันเป็นแบบ Li-Ion ซึ่งเป็นหนึ่งในหลายๆ แบบที่ค่ายรถยนต์แต่ละค่ายจะเลือกใช้งาน แต่ละแบบก็มีข้อดีข้อเสียแตกต่างกัน ผมจะเลือกกล่าวเฉพาะแบตเตอรี่ 2 ชนิดที่มีการใช้งานมากที่สุดในขณะนี้คือแบบ Li-Ion และ NiMh

ตารางเปรียบเทียบแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

ในตารางเปรียบเทียบจะเห็นได้ว่ามีคุณสมบัติที่เราใช้พิจารณาอยู่ 7 หัวข้อใช้เป็นตัวชี้วัดแบตเตอรี่ทุกชนิดที่ใช้สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าได้เป็นอย่างดีและง่ายที่จะเข้าใจหัวข้อที่สำคัญมี 3 ข้อที่ควรทราบคือ Life Span คือ อายุการใช้งานหน่วยเป็นรอบของการชาร์จประจุ ตรงหัวข้อนี้ใช้ชี้วัดได้อย่างคร่าวๆ เพราะมีปัจจัยอื่นมาเกี่ยวข้องด้วย เช่น สภาพการใช้งาน หรือแม้กระทั่งการคายประจุของแบตเตอรี่ ดังนั้นเราอาจจะคิดจากค่าเฉลี่ยอายุการใช้งานอยู่ที่ 8 ปี หรือ 160,000 กิโลเมตร

Specific Energy (Wh/kg) ยิ่งสูงยิ่งดีเพราะรถยนต์ไฟฟ้าที่ต้องการระยะทางต่อการชาร์จ 1 ครั้งมากๆ ดังนั้นความจุไฟฟ้าในตัวแบตเตอรี่ต่อน้ำหนักต้องสูง Specific Power (W/kg) กำลังไฟฟ้าต่อน้ำหนักตัวเลขนี้ยิ่งสูงยิ่งดี กำลังไฟฟ้ามากยิ่งทำให้รถยนต์มีอัตราเร่งที่ดี ให้ทอร์คสูง

โดยสรุปแล้วเราจะเห็นได้ชัดเจนว่า Li-Ion มีความได้เปรียบหลายด้านและมีการใช้งานอยู่มากกว่าในการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันและแนวโน้มการใช้งานต่อเนื่องไปอีกอย่างน้อย 2 ทศวรรษ รูปแบบที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่ Li-Ion ได้รับการพัฒนาแตกย่อยออกไปแล้วอีกหลายแบบเพื่อประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น รวมถึงความปลอดภัยในการใช้งาน เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และความสามารถของการนำมารีไซเคิลแบตเตอรี่ชนิดนี้คงเป็นอันดับต้นๆ ของมาตรฐานในรถยนต์ไฟฟ้าเกือบทุกค่ายอย่างไม่ต้องสงสัยถึงแม้ว่าจะมีข้อเสียอยู่บ้างก็ตาม เช่น การชาร์จไฟฟ้าต้องสม่ำเสมอในทุกๆ เซลล์ย่อยในแบตเตอรี่แพ็ก ทำให้ต้องการระบบการ Battery Management ที่มีประสิทธิภาพสูง ส่วนแบตเตอรี่แบบ Solid-State ที่ยังใช้อยู่ในขั้นตอนพัฒนาสำหรับใช้งานในรถยนต์ไฟฟ้า ยังไม่เข้าสู่การป้อนเข้าไปในสายการผลิต ค่ายรถยนต์ยุโรปค่ายหนึ่งกำลังพัฒนาร่วมกับผู้ผลิตแบตเตอรี่ที่เป็นพันธมิตรกัน ก็อาจจะเป็นแบตเตอรี่อีกชนิดหนึ่งที่ดีกว่าแบตเตอรี่ที่มีใช้งานอยู่ทั้งหมดก็ได้ ซึ่งเราต้องติดตามข้อมูลกันต่อไป


Source: นิตยสาร Green Network ฉบับที่ 96 พฤศจิกายน-ธันวาคม 2562 คอลัมน์ GREEN Focus
โดย ชินวุฒิ ขวัญณัฐพร B.ENG (Mechanical), MS (CEM) นักวิชาการ ด้านวิศวกรรมยานยนต์