แบตลิเทียมไอออน ทำความรู้จัก Key Factor ผู้กุมชะตาอนาคตรถ EV

ถนนทุกสายของวงการยนตรกรรมกำลังมุ่งสู่การเปลี่ยนผ่านจากการใช้พลังงานโลกเก่าอย่างน้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ สู่โลกใหม่อย่างไฟฟ้า แต่มันจะเกิดขึ้นไม่ได้เลยถ้าหากขาดหัวใจสำคัญอย่าง “แบตเตอรี่” เพราะนี่คือจุดเก็บกักพลังงานให้รถของเราสามารถวิ่งได้

 

แต่จะเห็นว่าเรื่องแบตเตอรี่เป็นประเด็นปัญหาเสมอมาไม่ว่าจะเป็นผู้ใช้รถ Hybrid อย่างในอดีตที่ต้องมีการเปลี่ยนแบตเตอรี่ทุก 10 ปี แถมค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนก็สูงถึงหลักแสนบาท

นอกเหนือไปจากเรื่องจำนวนสถานีชาร์จแล้วก็มีเรื่องความกังวลในแบตเตอรี่นี่แหละที่อาจจะทำให้ผู้บริโภคตัดสินใจ “ซื้อ” หรือ “ไม่ซื้อ” รถยนต์ไฟฟ้าได้เลย

 

เรามาทำความเข้าใจถึงที่มาที่ไปกันก่อนว่าโดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่ที่จะนำมาใช้กับรถ EV มีกี่แบบ กี่ประเภท แล้วทำไมค่ายรถยนต์ส่วนใหญ่ถึงเลือกที่จะใช้แบตเตอรี่ลิเทียม อะไรคือข้อจำกัด หรือข้อกังวลในอนาคต

 

 

แบตเตอรี่สำหรับกำเนิดพลังงานให้กับรถยนต์ไฟฟ้ามีกี่แบบ

 

ณ ปัจจุบันโลกเรามีประเภทแบตเตอรี่ที่ใช้สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า (EV Car) อยู่ 4 ประเภทด้วยกัน ได้แก่

 

1. Lithium-ion เป็นแบตเตอรี่ที่นิยมนำมาใช้สำหรับให้พลังงานรถยนต์ไฟฟ้ามากที่สุด ซึ่งแบตเตอรี่ชนิดนี้ก็คือชนิดเดียวกันที่อยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ เช่น มือถือ แท็บเล็ต แบตฯ ชนิดนี้ น้ำหนักเบา ให้พลังงานสูง และควบคุมอุณหภูมิได้ดีรวมถึงมีอัตราการคายประจุในระหว่างการจัดเก็บรักษาต่ำ ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้เป็นสิ่งที่สำคัญมากสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า อีกทั้งด้วยน้ำหนักที่น้อยและให้พลังงานได้มากทำให้สามารถที่จะชาร์จครั้งเดียวแล้วเดินทางไปได้ไกลหลายกิโลเมตร จึงเป็นเหตุผลที่ค่ายรถยนต์ส่วนใหญ่เลือกใช้แบตเตอรี่ประเภทนี้

 

2. Nickel-metal Hydride แบตเตอรี่ชนิดนี้ใช้แพร่หลายในรถยนต์แบบ ไฮบริดคาร์ ซึ่งรถยนต์แบบไฮบริดนั้นไม่ได้มีการประจุไฟจากแหล่งพลังงานภายนอก (ไม่ได้เติมไฟฟ้าจากการชาร์จไฟ) แต่ได้จากการสันดาปเชื้อเพลิงกลับมาเป็นพลังงานไฟฟ้า

 

แบตฯ ชนิดนี้มีข้อดีคือมีอายุการใช้งานที่ยาวนานมากกว่า ลิเทียมไอออน หรือ Lead Acid นอกจากนี้ ยังมีความทนทานและปลอดภัยสูง แต่ใช่ว่าจะมีแต่ข้อดี ข้อเสียของแบตฯ ชนิดนี้คือ มีราคาค่อนข้างสูง และมีอัตราการคายประจุในขณะที่ไม่ได้ใช้งานก็สูง  รวมไปถึงมีการปล่อยพลังงานความร้อนที่สูงด้วยเช่นกัน (ใช้ไป ๆ แบตฯ ร้อน) นี่เป็นเหตุผลสำคัญที่วิศวกรยานยนต์ไม่นิยมนำแบตเตอรี่ชนิดนี้มาใส่รถ EV

 

3. Lead Acid ปัจจุบันนิยมนำแบตเตอรี่ชนิดนี้มาใช้เป็นแบตเตอรี่สำรองให้กับรถ EV เท่านั้น เนื่องจากมีราคาไม่แพง ปลอดภัย และมีความเสถียรสูง แต่มีข้อเสียคือ อายุการใช้งานที่ค่อนข้างสั้น และมักจะมีอุณหภูมิที่สูงในเวลาใช้งาน ทำให้ยังไม่สามารถใช้เป็นเมนหลักสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าได้ แต่ปัจจุบันก็กำลังมีการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

 

4. Ultracapacitors แบตเตอรี่ชนิดนี้จะเรียกว่าเป็นแบตเตอรี่เต็มตัวก็ไม่เชิง เนื่องจากแบตเตอรี่ชนิดนี้จะบรรจุขั้วของเหลวระหว่างอิเล็กโทรด (Electrode) และอิเล็กโทรไลท์ (Electrolyte) เมื่อพื้นที่หน้าของเหลว (Liquid Surface) เพิ่มขึ้น ความจุในการเก็บพลังงานก็มากขึ้นตามไปด้วย อัลตา คาปาซิเตอร์นั้นเหมือนกับแบตฯ แบบ Lead acid ที่ในปัจจุบันใช้เป็นแบตเตอรี่สำรองให้ให้กับแบตฯ หลัก

 

เมื่อเรารู้แล้วว่า ลิเทียมไอออน จะเป็นคำตอบสำหรับยุคต่อไปของ EV เราอยากชวนคุณมารู้จักกับส่วนประกอบในแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้ากัน รวมไปถึงข้อกังวลต่าง ๆของนักวิจัยเกี่ยวกับปริมาณความต้องการใช้งานแร่ต่าง ๆ ที่อยู่ในแบตเตอรี่

 

 

ใครคือผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมรายใหญ่ของโลก?

 

จากข้อมูลของเว็บไซต์ visualcapitalist รายงานอันดับผู้ผลิตแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลกในปี 2021 (เราเอามา 3 อันดับ)

 

อันดับ 1 CATL หรือ Contemporary Amperex Technology บริษัทผู้ผลิตแบตฯ ลิเทียมอันดับ 1 ของจีนและของโลก ด้วยส่วนแบ่งการตลาดกว่า 32.5%

 

อันดับ 2 LG Energy Solution บริษัทลูกของ LG บริษัทผู้ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าสัญชาติเกาหลีใต้ ด้วยส่วนแบ่ง 21.5%

 

และอันดับ 3 Panasonic บริษัทผู้ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าและแบตเตอรี่ชื่อดังของโลกสัญชาติญี่ปุ่น ด้วยส่วนแบ่งการตลาด 14.7% เรื่องน่ารู้อีกอย่างคือ Panasonic นั้นเป็นผู้ผลิตแบตเตอรี่ส่งให้ Tesla นอกจากนี้ ในปี 2014 ทั้งสองบริษัทยังจับมือกันร่วมพัฒนา Gigafactory ซึ่งเป็นโรงงานประกอบชิ้นส่วนแบตเตอรี่ลิเทียมและชิ้นส่วนอื่น ๆ ของรถ Tesla

 

จากข้อมูลวิจัยของ SNE รายงานว่าเอาแค่ 3 อันดับผู้ผลิตแบตฯ โลกก็ครองส่วนแบ่งการตลาดเกือบ 70% ของโลกนี้แล้ว

 

ความท้าทายในอนาคตของแบตเตอรี่ลิเทียม

 

ต้องมาทำความเข้าใจก่อนว่าในรถยนต์ไฟฟ้า 1 คันที่ใช้แบตเตอรี่ลิเทียมเป็นส่วนให้พลังงานในนั้น ในแบตฯ 1 ก้อน (lithium-ion battery pack) จะบรรจุแร่ธาตุลิเทียม 8 กิโลกรัม นิกเกิล 35 กิโลกรัม แมงกานีส 20 กิโลกรัม และโคบอลต์ 14 กิโลกรัม

 

โลกเราเริ่มมีการนำแบตเตอรี่ลิเทียมมาใช้ในช่วงปี 1990 โดยในช่วงแรกเป็นการนำมาใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาทั้งหลาย จนกระทั่งได้มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องจนนำมาใช้เป็นแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าอย่างเช่นปัจจุบัน

 

ประกอบกับเรื่องของราคาที่ถูกลงกว่าเมื่อ 30 ปีที่แล้วกว่า 30 เท่าทำให้นักวิจัยยังมองไม่ออกเลยว่าเราจะหาแบตเตอรี่ชนิดอื่นมาแทนที่เจ้าลิเทียมไอออนนี้ได้อย่างไร (คาดการณ์กันว่าราคาจะอยู่ที่ 100 ดอลลาร์ ภายในปี 2023) และท้ายที่สุดแล้วราคารถ EV ที่ยังแพงอยู่ในตอนนี้ก็จะลดลงเหลือเท่ากับรถยนต์แบบทั่วไปในไม่ช้า

 

ขอวกกลับมาที่เรื่องวิชาการกันเล็กน้อยเพื่อให้เข้าใจกลไกการทำงานของลิเทียมแบตเตอรี่

 

ในการผลิตกระแสไฟฟ้าของแบตฯ ชนิดนี้ ลิเทียมไอออน จะมีการเคลื่อนที่ไปมาอย่างรวดเร็วของ จาก 1 เลเยอร์ (แอโนด) ไปยังอีก 1 เลเยอร์ (แคโทรด) สองเลเยอร์นี้ยังถูกแบ่งโดยเลเยอร์อีก 1 ชั้นที่เรียกว่า อิเล็กโทรด ซึ่งสิ่งที่ทำให้แบตฯ แพงก็คือแร่ธาตุที่ถูกบรรจุอยู่ในชั้นแคโทรดนั่นเอง

โดยในแคโทรดนั้นจะมีสภาพเป็นของเหลวหนืดคล้ายกาวและมีแร่ธาตุสำคัญ 3 ชนิดบรรจุอยู่ ได้แก่ นิกเกิล แมงกานีส และ โคบอลต์

 

อันที่จริงแล้วเรื่องปริมาณของแร่ลิเทียมขาดแคลนอาจนั้นเราอาจไม่ต้องกังวลมากนักเพราะปริมาณสำรองแร่ลิเทียมของโลกใบนี้มีอยู่ถึง 21 ล้านตัน ซึ่งมากพอที่จะใช้ทำแบตเตอรี่ให้รถยนต์จนคนสามารถเปลี่ยนผ่านจากยุคสมัยจากรถยนต์ใช้น้ำมันมาเป็นใช้ไฟฟ้าแทนไปได้จนถึงช่วงกลางศตวรรษ

 

แต่ถึงกระนั้นแล้วถ้าปริมาณความต้องการใช้งานสูงขึ้นเกินระดับที่มีสำรองอยู่ล่ะจะทำอย่างไร?

 

ถ้าจะต้องเพิ่มปริมาณเหมืองลิเทียมก็ดูจะเป็นการซ้ำเติมความย่ำแย่ของสิ่งแวดล้อมอยู่ ณ ขณะนี้ เนื่องจากในการสกัดแร่ลิเทียมออกมาจากหินนั้นต้องใช้พลังงานสูง หรือใช้น้ำมากถ้าหากสกัดออกมาจากน้ำเค็ม

 

แต่ด้วยเทคโนโลยีที่ล้ำหน้าทำให้ปัจจุบันเราสามารสกัดเอาแร่ลิเทียมออกมาโดยพลังงานความร้อนใต้พื้นโลก ซึ่งจะยิ่งช่วยให้เราประหยัดพลังงานในการทำเหมืองลิเทียมเพิ่มมากขึ้นไปอีก และถึงแม้การทำเหมืองลิเทียมเป็นสิ่งที่ต้องแลกมากับการสูญเสียอะไรบางอย่างไปจากธรรมชาติ แต่ก็ทำให้เราสามารถหลุดพ้นจากวงจรการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงได้

ยังมีอีกเรื่องที่นักวิจัยกังวลไม่แพ้เรื่องของแร่ลิเทียมก็คือเรื่องของ โคบอลต์ ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่มีมูลค่าสูงที่สุดที่บรรจุอยู่ในแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้า และรู้ไหมว่า สองในสามของจำนวนแร่โคบอลต์ที่มีอยู่ในโลกของเรานั้นอยู่ในประเทศ คองโก

 

เรื่องที่กำลังจะเป็นปัญหาแน่ ๆ ก็คือเรื่องการใช้แรงงานเด็กและผลกระทบด้านสุขภาพที่เกิดจากการทำเหมือง เพราะอย่างที่รู้ว่าแร่โคบอลต์นั้นเป็นพิษหากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม

 

แนวทางการแก้ปัญหาการขาดแคลนแร่ธาตุที่ใช้ผลิต แบตลิเทียมไอออน

 

เพื่อเป็นการป้องกันและแก้ไขปัญหาการขาดแคลนวัตถุดิบสำคัญอย่าง โคบอลต์ ที่ในอนาคตน่าจะเป็นปัญหาอย่างแน่นอนจากการที่สัดส่วนสำรองโคบอลต์ไปอยู่ในประเทศคองโกมากถึง 2 ใน 3 ของโลก

 

นักวิจัยเองก็ได้เริ่มทดลองแบตเตอรี่ลิเทียมชนิด Low-Cobalt และ Cobalt-Free แคโทรด หรือแบตเตอรี่ชนิดที่ไม่ต้องใช้แร่โคบอลต์เป็นส่วนประกอบในเลเยอร์ส่วนแคโทรด

 

นักวิจัยจาก University of Texas เป็นหนึ่งในทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยทั่วโลกกำลังชี้ให้เห็นว่าพวกเขาสามารถเอาโคบอลต์ออกจากแบตเตอรี่ได้โดยที่ไม่ทำให้ประสิทธิภาพของแบตฯ ลดลง

 

ทีมนักวิจัยชี้ว่ากระบวนการดังกล่าวควรทำไปใช้โดยตรงกับกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ เพื่อเป็นการประหยัดต้นทุนในการผลิตตัวแบตฯ อันจะส่งผลทำให้ราคารถยนต์ไฟฟ้าถูกลง

 

นอกจากมหาวิทยาลัยเทกซัสแล้ว Tesla เองในฐานะผู้ริเริ่มการผลิตรถ EV ยังมีแผนที่จะเปลี่ยนไปใช้แบตเตอรี่แบบไร้โลหะในอีกไม่กี่ปีข้างหน้านี้ด้วย

 

นอกจาก “โคบอลต์” ที่เป็นปัญหาด้านราคาแล้วยังมี “นิกเกิล” ที่แม้จะไม่แพงเท่าโคบอลต์แต่ก็ไม่ได้มีราคาถูก ทีนี้นักวิจัยก็เริ่มมองหาวัสดุทดแทนแต่ทำงานได้เยี่ยมยอดไม่แพ้กัน  ในตอนแรกนั้นทีมนักวิจัยสามารถแก้ปัญหา การขาดแคลนโคบอลต์ได้แล้ว แต่ด้วยการเติบโตที่รวดเร็วเกินไปทำให้ยังไม่สามารถแก้ปัญหานิกเกิลได้เพราะถึงอย่างไรก็ยังต้องใช้นิกเกิลเป็นส่วนประกอบ

 

แต่จะให้เอาทั้งโคบอลต์ และนิกเกิลออกคงต้องมองหาอย่างอื่นมาทำแคโทรดแทนแร่ธาตุทั้งสอง ตัวเลือกที่นักวิจัยไปเจอก็คือ “เกลือหินที่ผิดปกติ” หรือ Disordered Rock Salts ที่พวกมันได้ชื่อนี้ก็เพราะว่า รูปทรงที่ผิดปกติในโครงสร้างทางโมเลกุล ซึ่งบังเอิญไปเหมือนกับโซเดียมคลอไรด์ที่มีออกซิเจนทำหน้าที่เป็นคลอรีน และเมื่อรวมกับเหล่าโลหะหนักที่มาแทนที่ โซเดียม

 

หลายสิบปีที่ผ่านมาทีมวิจัย Lawrence Berkeley National Laboratory ได้แสดงให้เห็นว่าแบตฯ แบบ lithium-rich rock salts นั้นทำให้ประจุลิเทียมสามารถผ่านเข้าออกในตัวมันได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญในการประจุไฟซ้ำ ซึ่งไม่เหมือนกับแคโทรดแบบดั้งเดิมที่ต้องมีโคบอลต์และนิกเกิล ที่ใช้ในการรักษาความเสถียรของประจุ อีกทั้ง disordered rock salt ยังสามารถใช้ได้กับแมงกานีส ส่วนประกอบหลักอีกอย่างที่ทั้งมีราคาถูกและมีอยู่อย่างมากมายอีกด้วย

 

แล้วถ้ารีไซเคิลล่ะจะยั่งยืนกว่าไหม

 

ว่ากันว่าต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมที่มาจากการขุดใหม่นั้นถูกกว่าการรีไซเคิล ในปัจจุบันนักวิจัยเองก็พยายามที่จะทำให้กระบวนการรีไซเคิลนั้นประหยัดกว่าในอดีต

 

แบตเตอรี่ลิเทียมส่วนใหญ่ถูกผลิตที่ประเทศจีน ญี่ปุ่น และเกาหลีใต้ ดังนั้นกระบวนการรีไซเคิลส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ประเทศต้นทางเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น บริษัท Guangdong Brunp ซึ่งเป็นซัปพลายเออร์รายใหญ่ให้กับ บริษัท CATL หรือ  Contemporary Amperex Technology บริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมรายใหญ่ที่สุดสัญชาติจีน สามารถรีไซเคิลแบตเตอรี่ได้ปีละกว่า 120,000 ตันต่อปี หรือถ้านำกลับไปใช้ใหม่สามารถนำไปติดตั้งให้รถยนต์ไฟฟ้าได้กว่า 200,000 คันเลยทีเดียว

 

ซึ่งที่ประเทศจีนรัฐบาลได้ให้อินเซนทีฟจูงใจและสนับสนุนทางการเงินแก่บริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่ในการใช้วัสดุที่มาจากบริษัทที่รีไซเคิลโลหะที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมแทนที่จะนำเข้า นิกเกิล โคบอลต์ หรือแม้แต่ลิเทียมจากต่างประเทศ (ที่ได้จากการขุดขึ้นมาใหม่)

 

นั่นคือเรื่องในประเทศ ส่วนทางยุโรปและอเมริกานั้นคณะกรรมการแห่งสหภาพยุโรปเตรียมชงนโยบายและการควบคุมพิเศษเกี่ยวกับการรีไซเคิลเข้าสู่การพิจารณาและคาดว่าจะเริ่มมีการบังคับใช้ได้ภายในปี 2023

 

ส่วนทางฝั่งอเมริกาคณะทำงานของประธานาธิบดีโจ ไบเดน พยายามที่จะใช้จ่ายงบประมาณกว่าล้านดอลลาร์ในการอุ้มอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมภายในประเทศ รวมไปถึงสนับสนุนกระบวนการการรีไซเคิล แต่จนถึงตอนนี้ก็ยังไม่ได้มีการเสนอร่างกฎหมายดังกล่าวเข้าสู่สภา

 

เรื่องแบตเตอรี่นั้นเชื่อว่าในอนาคตโลกเราอาจจะไม่ได้หยุดอยู่ที่การใช้งานแบตเตอรี่ลิเทียมเพียงชนิดเดียว แต่อาจจะมีแบตเตอรี่ที่มาจากวัสดุทดแทนอื่น ๆ ที่มีต้นทุนในการผลิตที่ถูกลงกว่าเดิม ทั้งยังคงประสิทธิภาพเทียบเท่าหรือสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเทียม ทั้งนี้ก็เพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคตที่กำลังจะมาถึงทางแยกยุคเปลี่ยนผ่านอย่างแท้จริง จากนี้คงต้องติดตามกันต่อไปว่าทั้งทางฝั่งผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าและผู้ผลิตแบตเตอรี่จะหาตรงกลางเพื่อทำให้รถยนต์ไฟฟ้าสามารถเข้าถึงคนทั่วไปได้อย่างที่ตั้งใจ

 

อ้างอิง

energysage.com

 

tesla.com

 

nature.com

 

bbc.com

 

wsj.com

อัพเดตข่าวสารการตลาดทุกวันได้ที่ 
Website : Marketeeronline.co / Facebook : www.facebook.com/marketeeronline



อัพเดตข่าวสารการตลาดทุกวันได้ที่ Website: Marketeeronline.co
Facebook: www.facebook.com/marketeeronline

ติดตาม Marketeer Online ทาง Line@ : @marketeer

เพิ่มเพื่อน