Sakura P.
BYD กำลังเร่งพัฒนาแบตเตอรี่สภาวะแข็ง หรือ Solid-state battery (SSB) อย่างจริงจัง โดยมุ่งเน้นไปที่การใช้แนวทาง “อิเล็กโทรไลต์คู่” ในขั้วแคโทด (ขั้วบวก) ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างส่วนประกอบอิเล็กโทรไลต์ประเภทฮาไลด์ (Halide) และซัลไฟด์ (Sulfide) เพื่อนำมาแทนที่อิเล็กโทรไลต์แบบของเหลวที่ใช้ในปัจจุบัน
BYD ยื่นจดสิทธิบัตรแบตเตอรี่ Solid-state 6 ฉบับ เดินหน้าตั้งเป้าผลิตปี 2027 ด้วยเซลล์แคโทดอิเล็กโทรไลต์คู่
หลังจากที่ยักษ์ใหญ่ด้านยานยนต์จากจีนรายนี้ ได้รับการอนุมัติสิทธิบัตรเกี่ยวกับโครงสร้างคอมโพสิตของแคโทด จากสำนักงานทรัพย์สินทางปัญญาแห่งชาติจีน (CNIPA) ไปเมื่อปลายเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา เว็บไซต์ libattery.net ได้รายงานว่า BYD ได้เปิดเผยสิทธิบัตรเกี่ยวกับเทคโนโลยี SSB เพิ่มเติมอีก 6 ฉบับ
สิทธิบัตรใหม่ทั้งหมดนี้มุ่งแก้ปัญหาเดียวกัน นั่นคือการป้องกันไม่ให้เกิดรอยต่อที่ไม่ดีระหว่างอิเล็กโทรไลต์สภาวะแข็งกับขั้วไฟฟ้า หรือการรักษาการสัมผัสที่มั่นคงระหว่างวัสดุที่เป็นของแข็งตลอดช่วงการทำงานของแบตเตอรี่ โดยสิทธิบัตรจะครอบคลุมทั้งเรื่องเคมีของวัสดุ กระบวนการผลิต และการควบคุมคุณภาพ
ลุยหนักกับเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลต์คู่
ก่อนหน้านี้ สื่อ CarNewsChina เคยรายงานเกี่ยวกับสิทธิบัตรวัสดุคอมโพสิตสำหรับแคโทดของ BYD (หมายเลข CN122474592A) ซึ่งอธิบายถึงการใช้การผสมผสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์ฮาไลด์ที่มีอนุภาคขนาดเล็ก และอิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์ที่มีอนุภาคขนาดใหญ่ เข้ากับวัสดุแคโทดที่ใช้งานอยู่ เพื่อสร้างเป็นขั้วไฟฟ้าแบบคอมโพสิต
ในบรรดาสิทธิบัตรใหม่ของ BYD ทั้ง 6 ฉบับ มี 4 ฉบับที่เกี่ยวข้องกับเคมีของวัสดุ ได้แก่
- CN122494747A: เป็นการต่อยอดแนวทางฮาไลด์-ซัลไฟด์ โดยเสนอให้เพิ่มชั้นแทรกกลางที่นำไอออนได้ดีและมีความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าไว้ระหว่างวัสดุทั้งสอง เพื่อป้องกันไม่ให้สัมผัสกันโดยตรง ลดการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่ต้องการ และช่วยยืดอายุการใช้งาน
- CN122494554A: เสนอให้ใช้อิเล็กโทรไลต์สภาวะแข็งชนิดแรกเป็นชั้นกันชน (Buffer layer) คั่นระหว่างวัสดุแคโทดและอิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์ชนิดที่สอง เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ความร้อนสูงเกินจนควบคุมไม่ได้ (Thermal runaway) พร้อมกำหนดว่าชั้นแคโทดไม่ควรปลดปล่อยความร้อนเกิน 117 จูลต่อกรัม
- CN122494567A: พัฒนาไปอีกขั้นด้วยโครงสร้างแคโทดคอมโพสิตแบบสองชั้น โดยชั้นในจะผสมวัสดุแคโทดแบบผลึกเดี่ยว (Mono-crystal) เข้ากับอิเล็กโทรไลต์สภาวะแข็ง ส่วนชั้นนอกจะจับคู่วัสดุแคโทดแบบหลายผลึก (Poly-crystal) เข้ากับอิเล็กโทรไลต์สภาวะแข็งที่มีส่วนผสมอีกแบบหนึ่ง
- วัสดุผลึกเดี่ยวมีความทนทานต่อการแตกร้าวระหว่างการชาร์จและคายประจุ ขณะที่วัสดุหลายผลึกให้ประสิทธิภาพด้านอัตราการอัดและคายประจุ (Rate performance) ดีกว่าเนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูง แต่มีข้อเสียคือเกิดการแตกร้าวตามขอบเกรนได้ง่าย สิทธิบัตรฉบับนี้จึงอ้างว่าสามารถดึงจุดเด่นของทั้งสองแบบมาใช้และลดจุดอ่อนของกันและกันได้
- CN122494558A: อธิบายถึงแนวทางใช้วัสดุ 3 ชนิดสำหรับแคโทด โดยนำโลหะออกไซด์และโลหะซัลไฟด์มาผ่านการจัดการด้วยลิเธียมก่อน แล้วจึงนำไปผสมกับอิเล็กโทรไลต์สภาวะแข็ง ช่วยลดความต้านทานไฟฟ้าบริเวณรอยต่อ เพิ่มประสิทธิภาพการชาร์จ/คายประจุ เพิ่มความจุจำเพาะ และยืดอายุการใช้งาน
ก้าวเล็ก ๆ สู่การผลิตเชิงพาณิชย์
สิทธิบัตรข้างต้นเน้นไปที่เคมีและโครงสร้าง แต่สิทธิบัตรอีก 2 ฉบับที่เหลือได้เปิดเผยรายละเอียดเกี่ยวกับการเตรียมความพร้อมด้านการผลิตจริง
- CN122494552A: เกี่ยวกับการใช้สารเพิ่มความเปียกแบบไอออนิก (Ionic liquid wetting agents) ในชั้นขั้วไฟฟ้า โดยแบ่งระดับการกระจายตัวให้บริเวณขอบนอกของขั้วไฟฟ้าได้รับสารมากกว่าบริเวณจุดศูนย์กลางด้านใน ช่วยปรับปรุงรอยต่อระหว่างของแข็งกับของแข็ง ป้องกันปัญหาการขนส่งไอออน และยืดอายุการใช้งาน
- CN122494553A: เสนอดัชนีชี้วัดการควบคุมคุณภาพที่เรียกว่า Re สำหรับวัดอัตราส่วนการสัมผัสระหว่างอนุภาคแคโทดและอิเล็กโทรไลต์ โดยกำหนดว่าอย่างน้อย 60% ของเส้นรอบวงของอนุภาคแคโทดจะต้องสัมผัสกับอนุภาคอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ เพิ่มความจุ และยืดอายุแบตเตอรี่
ตัวเลขดัชนีการสัมผัสนี้สอดคล้องกับงานวิจัยแบตเตอรี่ SSB ในปัจจุบัน ซึ่งสถาบันฟิสิกส์แห่งสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (CAS) โดยศาสตราจารย์ Wu Fan เคยสรุปไว้ว่า อนุภาคซัลไฟด์ที่เล็กกว่าในอิเล็กโทรไลต์ ช่วยเพิ่มความสามารถในการกักเก็บความจุได้เกือบ 18% เพราะอนุภาคที่เล็กลงจะแนบชิดกับอนุภาคแคโทดได้มากขึ้น ตรงกับค่า Re ที่ BYD นำเสนอ
แบตเตอรี่ Solid-state จะออกสู่ตลาดได้จริงเมื่อไหร่?
นอกจากสิทธิบัตรแล้ว libattery.net รายงานเพิ่มเติมว่า BYD ตั้งเป้าเริ่มผลิตเซลล์แบตเตอรี่ SSB แบบขั้วแคโทดอิเล็กโทรไลต์คู่ในขนาดเล็ก (Small-scale production) ภายในปี 2027 โดยเซลล์ทดลองเหล่านี้จะถูกนำไปทดสอบในรถยนต์ทดสอบ (Test mules) ก่อน
อย่างไรก็ตาม แม้แต่คู่แข่งของ BYD ก็ยังมองว่าเทคโนโลยีนี้อาจต้องใช้เวลา ประธานของ CATL เคยให้ความเห็นไว้ในเดือนมิถุนายน 2026 ว่าด้วยข้อจำกัดทางวิศวกรรมและการผลิต การใช้งานแบตเตอรี่ SSB ในรถยนต์ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ระดับแมส (Mass-market) ยังคงต้องใช้เวลาอีก “หลายปี”
เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม แบตเตอรี่ Solid-state ให้ความหนาแน่นพลังงานที่สูงกว่า ชาร์จและคายประจุได้ดีกว่า และอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งยังปลอดภัยกว่า ลดความเสี่ยงในการเกิดไฟไหม้ ทำให้มีความหวังว่าจะช่วยดันระยะทางวิ่งของ EV ในอนาคตได้ไกลถึง 1,500 หรือ 2,000 กิโลเมตรต่อการชาร์จ
อย่างไรก็ดี เห็นได้ชัดว่ายังมีอุปสรรคทางเทคนิค สูตรเคมี และกระบวนการผลิตจริงอีกมาก ที่ต้องก้าวผ่านก่อนที่แบตเตอรี่ชนิดนี้จะสามารถเปิดตัวใช้งานได้อย่างเต็มรูปแบบ
ที่มา carnewschina
