แบตเตอรี่โซลิดสเตตคืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ

เทคโนโลยีแบตเตอรี่มาไกลตลอดหลายปีที่ผ่านมา แกดเจ็ตอย่างโดรนและสมาร์ทโฟนจะไม่สามารถทำได้หากไม่มีเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ทันสมัย

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่จะดีกว่าเสมอ!

แบตเตอรี่โซลิดสเตตดูเหมือนจะเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ครั้งต่อไป และผลิตภัณฑ์ที่ใช้ก็อยู่ใกล้แค่เอื้อม ซึ่งหมายความว่าขณะนี้เป็นเวลาที่เหมาะสมที่สุดในการทำความคุ้นเคยกับสิ่งที่พวกเขาเป็นและเหตุใดจึงสำคัญ

“โซลิดสเตต” หมายถึงอะไร?

ไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่รถยนต์ตะกั่วกรด ถ่านอัลคาไลน์แบบใช้แล้วทิ้ง หรือแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ในโทรศัพท์ ล้วนใช้อิเล็กโทรไลต์เหลว อิเล็กโทรไลต์เป็นสารนำไฟฟ้าที่เชื่อมต่อขั้วภายในทั้งสองของแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์ ทำให้แบตเตอรี่สามารถสร้างประจุไฟฟ้าหรือคายประจุออกมาได้

แบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งแทนอิเล็กโทรไลต์เหลวแบบเดิม นั่นคือความแตกต่างพื้นฐานเพียงอย่างเดียวระหว่างเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทั้งสอง ฟังดูง่ายพอสมควร แต่วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ได้ดิ้นรนมาเป็นเวลาหลายทศวรรษเพื่อสร้างวัสดุที่เป็นของแข็งที่สามารถทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ได้

มีอะไรยากเกี่ยวกับแบตเตอรี่โซลิดสเตต?

วัสดุต่างๆ เช่น เซรามิกและโลหะลิเธียม มีศักยภาพในการเป็นอิเล็กโทรไลต์ในสถานะของแข็ง ปัญหาคือวิธีการเซรามิกส่งผลให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ต่ำ โลหะลิเธียมมีแนวโน้มดี แต่มีข้อบกพร่องร้ายแรง เมื่อชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่แล้ว “เดนไดรต์” โลหะจะเติบโตผ่านอิเล็กโทรไลต์ แบตเตอรี่อาจลัดวงจรและกลายเป็นอันตรายได้

การค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ใช้งานได้จริงและคุ้มค่าสำหรับปัญหาเหล่านี้เป็นภารกิจของบริษัทและทีมวิจัยหลายแห่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตอนนี้งานนั้นกำลังจะจ่ายออก

ทำไมต้องผ่านปัญหาทั้งหมดนี้? มาดูข้อดีของแบตเตอรี่โซลิดสเตทกันดีกว่าแบตเตอรี่แบบเดิมๆ

ความปลอดภัย

แบตเตอรี่เก็บพลังงานจำนวนมาก และมักมีอันตรายที่พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาในลักษณะที่ไม่สามารถควบคุมได้เสมอ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น อาจหมายถึงไฟไหม้ การระเบิด และผลลัพธ์ที่ไม่ต้องการอื่นๆ แบตเตอรี่โซลิดสเตต หากปัญหาเดนไดรต์ได้รับการแก้ไข สัญญาว่าจะปลอดภัยและมีเสถียรภาพมากขึ้น ประการหนึ่ง พวกมันไม่ติดไฟ ดังนั้นไฟจากแบตเตอรี่จึงควรเป็นเรื่องของอดีต

สิ่งนี้ไม่เพียงสำคัญสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า เช่น รถยนต์และโดรน แต่ยังรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคล เช่น สมาร์ทโฟนและแล็ปท็อปด้วย ผู้คนจำนวนมากได้รับบาดเจ็บทุกปีจากไฟไหม้แบตเตอรี่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของพวกเขา เหตุไฟไหม้บ้านทั้งหลัง!

ความเร็วในการชาร์จ

แบตเตอรี่ลิเธียมสมัยใหม่สามารถชาร์จด้วยความเร็วที่น่าประทับใจ แต่ยังต้องใช้เวลานานในการเติม มีการจำกัดพลังงานที่คุณสามารถเทลงในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมได้ ก่อนที่แบตเตอรี่จะหมด แบตเตอรี่โซลิดสเตตสัญญาว่าจะชาร์จเร็วกว่าแบตเตอรี่ที่เราใช้อยู่ถึงหกเท่า นั่นหมายถึงการชาร์จโทรศัพท์ของคุณจากที่ว่างจนเต็มในห้านาทีหรือชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าถึง 80% ใน 15

ความจุและขนาดพลังงาน

ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดสำหรับแบตเตอรี่ทุกประเภทที่จำหน่ายต่อสาธารณะ แต่ก็ยังมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำมันเบนซินหลายเท่า แม้ว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะไม่ทำให้แบตเตอรี่มีปริมาณเทียบเท่าก๊าซ แต่ก็ให้คำมั่นสัญญาว่าจะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานต่อปริมาตรมากกว่าสองเท่า

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากคุณเปลี่ยนแบตเตอรี่ในโทรศัพท์โดยใช้รุ่นโซลิดสเตต ในทางทฤษฎี แบตเตอรี่อาจใช้งานได้นานขึ้นสองเท่าในทางทฤษฎีโดยไม่เพิ่มขนาด นี่เป็นอีกหนึ่งจุดขายที่สำคัญสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งไม่ได้รับความนิยมเท่าที่ควร เนื่องจากความกังวลเรื่องระยะ

อายุการใช้งานและความทนทาน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันส่วนใหญ่เริ่มเสื่อมคุณภาพหลังจากรอบการชาร์จและคายประจุจนเต็มประมาณ 500 รอบ หลังจากนั้นแบตเตอรี่จะเริ่มสูญเสียความจุจนแทบจะไม่สามารถเก็บประจุได้เลย ในสมาร์ทโฟนซึ่งขณะนี้มีแนวโน้มว่าจะมีแบตเตอรี่แบบปิดผนึก สิ่งนี้ทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์จำกัดอย่างเข้มงวด แบตเตอรี่โซลิดสเตตสัญญาว่าจะเพิ่มขีด จำกัด นั้นอย่างมาก มากถึงห้าเท่า

ดังนั้น ในที่ที่แบตเตอรี่โทรศัพท์ที่ใช้ประจำวันโดยทั่วไปอาจเริ่มลดระดับลงหลังจากผ่านไปสองถึงสามปี แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตจะคงความจุสูงสุดไว้นานถึงสิบห้าปี ในรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งการเปลี่ยนแบตเตอรี่มีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อต้นทุนการเป็นเจ้าของรถยนต์ประเภทนี้

จุดอ่อนของแบตเตอรี่โซลิดสเตต

หากทั้งหมดนี้ฟังดูดีเกินกว่าจะเป็นจริงได้ ก็มีข้อแม้บางประการสำหรับเทคโนโลยีนี้ สิ่งเหล่านี้ยังคงต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่จะใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตอย่างกว้างขวาง

• ราคา อาจเป็นศัตรูตัวฉกาจที่สุด ทีมวิจัยและบริษัทสตาร์ทอัพกำลังทำงานอย่างหนักเพื่อทำให้กระบวนการผลิตสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้ราคาถูกลงและปรับขนาดได้ บางบริษัทอ้างว่าปิดตัวไปแล้ว แต่เราจะไม่ทราบว่าพวกเขาประสบความสำเร็จเพียงใด จนกว่าเราจะเห็นราคาจริงของผลิตภัณฑ์ที่มีแบตเตอรี่เหล่านี้

• แบตเตอรี่เหล่านี้ยังมี ปัญหาที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้นการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับฉนวนหรือการรักษาอุณหภูมิในการทำงานที่ดีจึงเป็นส่วนหนึ่งของความท้าทาย

คุณสามารถซื้อแบตเตอรี่โซลิดสเตตได้เมื่อใด

มีบางบริษัทเช่น Solid Power และ QuantumScape ซึ่งอ้างว่าอยู่ในจุดยอดของแอพพลิเคชั่นแบตเตอรี่โซลิดสเตตเชิงพาณิชย์

Toyota วางแผนที่จะจำหน่ายรถยนต์ไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตแบบไฟฟ้าภายในปี 2564 ทั้ง Solid Power และ QuantumScape ตั้งเป้าที่จะเปิดตัวแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ในปี 2565 และ 2567 ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าในอีกสองสามปีข้างหน้า เราอาจจะเริ่มการปฏิวัติแบตเตอรี่ได้

นั่นคือก่อนที่เราจะไปถึงความเป็นไปได้ที่มาจากการใช้กราฟีน วัสดุมหัศจรรย์นี้รับประกันว่าแบตเตอรี่จะดียิ่งขึ้น ไม่ว่าจะมีอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวหรือของแข็งอยู่ในตัวก็ตาม การให้กราฟีนเล่นบอลทำให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรคลาดเคลื่อนไปได้นานกว่าที่คาดไว้ แต่คุณสามารถซื้อพาวเวอร์แบงค์แบบไฮบริดได้ในขณะนี้ แท้จริงอนาคตอยู่ที่นี่