Sakura P.
iงานประชุมสุดยอดนวัตกรรมแบตเตอรี่ Solid-State ครั้งที่ 3 ของจีนที่กรุงปักกิ่ง สรุปข้อสำคัญว่า การพัฒนาวัสดุแคโทด (cathode) คือกุญแจสู่การนำแบตเตอรี่ Solid-State จากห้องปฏิบัติการสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ ไม่ใช่การพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ดังที่เคยเชื่อกัน
นักวิจัยชี้ความก้าวหน้าแบต Solid-State อยู่ที่แคโทด ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์
ศาสตราจารย์ Xia Dingguo แห่งมหาวิทยาลัย Peking University ระบุว่า ความหนาแน่นของพลังงานซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดนั้นถูกกำหนดโดย “ขั้วแคโทด” เป็นหลัก ดังนั้นกุญแจสำคัญที่จะเปลี่ยนแบตเตอรี่ Solid-state จากห้องทดลองไปสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ได้จริง คือนวัตกรรมทางด้านขั้วแคโทด ไม่ใช่แค่การพัฒนาสารอิเล็กโทรไลต์เพียงอย่างเดียว
กระแสความสนใจในแบตเตอรี่ Solid-state กลับมาอีกครั้งเนื่องจากความก้าวหน้าด้านงานวิจัยที่เพิ่มขึ้นอย่างมากนับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 และความต้องการแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ที่ต้องเก็บพลังงานได้มากขึ้น ปลอดภัยขึ้น และมีวัสดุที่ดีขึ้น แม้จะคาดหวังกันว่าแบตเตอรี่ชนิดนี้จะให้พลังงานสูง ปลอดภัย อายุการใช้งานยาวนาน และราคาถูก แต่หากไม่มีการพัฒนาเทคโนโลยีขั้วแคโทดให้สำเร็จ ความก้าวหน้าในอุตสาหกรรมนี้ก็จะมีขีดจำกัด
อุปสรรคในปัจจุบันอยู่ที่ความเสถียรของจุดเชื่อมต่อและการเข้ากันได้ของวัสดุ จากการทดลองใช้ขั้วแคโทดแบบ High-nickel พบว่าแม้จะทนความร้อนได้ดีขึ้น แต่ยังมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยเมื่อใช้กระแสไฟหรือแรงดันไฟสูง เนื่องจากเกิดความต้านทานที่ชั้นวัสดุและทำให้ประสิทธิภาพลดลง แม้การเติมสารฟลูออรีนจะช่วยให้แบตเตอรี่เสถียรขึ้นชั่วคราว แต่คุณภาพจะเริ่มเสื่อมลงอย่างรวดเร็วหลังจากชาร์จไปได้ประมาณ 125 รอบ เนื่องจากวัสดุขั้วแคโทดมีการขยายตัวและหดตัวไม่เท่ากัน ทำให้เกิดแรงกดทับที่จุดเชื่อมต่อและส่งผลต่ออายุการใช้งาน
นอกจากนี้ วัสดุที่นำมาใช้ยังเป็นข้อจำกัดในการผลิตเพื่อขายจริง สารอิเล็กโทรไลต์แบบแข็งแต่ละชนิด เช่น คลอไรด์, ซัลไฟด์ และออกไซด์ มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น ออกไซด์จะแข็งเกินไป ส่วนซัลไฟด์และคลอไรด์ต้องใช้แรงดันในการประกอบสูง ทำให้ขั้นตอนการผลิตซับซ้อนขึ้น ผู้ผลิตต้องเร่งพัฒนาสารอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นมิตรต่อจุดเชื่อมต่อ หรือพัฒนาโพลิเมอร์ที่นำไฟฟ้าได้สูงและรองรับแรงดันไฟได้กว้าง
ปัจจุบันบริษัทแบตเตอรี่ชั้นนำในจีน เช่น CATL, BYD และ Eve Energy เริ่มพัฒนาขั้วแคโทดและระบบอิเล็กโทรไลต์ควบคู่กันไป เพื่อจดสิทธิบัตรและเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังมีความก้าวหน้าในกระบวนการผลิต เช่น การใช้ขั้วไฟฟ้าแบบแห้ง และการใช้ความร้อนในระดับที่เหมาะสมเพื่อช่วยให้ผลิตได้ในปริมาณมากโดยไม่ต้องพึ่งพากระบวนการเคลือบผิวที่ซับซ้อน
ในอนาคต อุตสาหกรรมแบตเตอรี่จะแยกตามประเภทการใช้งาน เช่น รถยนต์ไฟฟ้าหรูจะใช้ระบบโพลิเมอร์กับขั้วแคโทด High-nickel ส่วนรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปจะเน้นระบบ LiFePO4 ที่เน้นความปลอดภัยและราคาประหยัด และงานเฉพาะทางจะใช้ระบบซัลไฟด์คู่กับขั้วแคโทดซัลเฟอร์
บทสรุปจากงานประชุมระบุว่า “นวัตกรรมวัสดุขั้วแคโทด” คือหัวใจสำคัญของการผลิตแบตเตอรี่ Solid-state แม้อิเล็กโทรไลต์จะสำคัญ แต่ความหนาแน่นของพลังงาน ต้นทุน และความเสถียรล้วนขึ้นอยู่กับแคโทด ซึ่งจีนจำเป็นต้องพัฒนาทั้งวัสดุและวิศวกรรมการผลิตควบคู่กันไป เพื่อรักษาความเป็นผู้นำในตลาดโลก
ที่มา: CarNewsChina, Autohome
