ประเด็นสำคัญ:แบตเตอรี่โซลิดสเตทได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวางว่าเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่จะช่วยผลักดันให้รถยนต์ไฟฟ้าก้าวข้ามความกังวลของผู้บริโภคเกี่ยวกับระยะทาง การชาร์จเร็ว และความปลอดภัย ด้วยการแทนที่อิเล็กโทรไลต์เหลวที่ติดไฟได้ด้วยอิเล็กโทรไลต์แข็ง ทำให้แบตเตอรี่ชนิดนี้มีระยะทางวิ่งที่ไกลขึ้น การชาร์จที่รวดเร็วเป็นพิเศษ และความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ที่ต่ำลง ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ เช่น โตโยต้า ซึ่งเป็นเจ้าของสิทธิบัตรกว่า 1,300 ฉบับ และตั้งเป้าที่จะเปิดตัวเชิงพาณิชย์ภายในปี 2027-2028 รวมถึงบริษัทสตาร์ทอัพอย่างQuantumScapeกำลังแข่งขันกันเพื่อนำแบตเตอรี่ชนิดนี้ออกสู่ตลาด อย่างไรก็ตามBloombergNEFเตือนว่า ความซับซ้อนในการผลิตและต้นทุนที่สูงยังคงเป็นอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดต่อการนำไปใช้ในวงกว้าง
เหตุใดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันจึงด้อยกว่ามาตรฐาน?
รถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งใช้อิเล็กโทรไลต์เหลวในการลำเลียงไอออนระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ แม้ว่าแบตเตอรี่จะได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่ก็ยังมีข้อจำกัดพื้นฐานสามประการ:
• ความวิตกกังวลเกี่ยวกับระยะ: รถยนต์ไฟฟ้าที่ราคาไม่แพงส่วนใหญ่ยังคงมีระยะทางการใช้งานจริงไม่เกิน 300 ไมล์
• การชาร์จช้า: การชาร์จเร็วจาก 10% ถึง 80% โดยทั่วไปใช้เวลา 18-30 นาที ซึ่งนานกว่าการเติมน้ำมันรถยนต์มาก
• ความเสี่ยงด้านความปลอดภัย: ของเหลวอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้อาจร้อนจัดและในบางกรณีอาจก่อให้เกิดไฟไหม้ได้หลังจากการชนหรือความบกพร่องในการผลิต
แบตเตอรี่โซลิดสเตทแก้ปัญหาทั้งสามข้อพร้อมกันโดยการแทนที่ของเหลวด้วยอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง ซึ่งมักเป็นเซรามิก แก้ว หรือพอลิเมอร์ ที่ไม่ติดไฟและช่วยให้มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น
คำมั่นสัญญาของเทคโนโลยีโซลิดสเตท
เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์แบบแข็งมีความปลอดภัยกว่าและสามารถจับคู่กับขั้วบวกโลหะลิเธียมได้ เซลล์แบบโซลิดสเตทจึงสามารถบรรจุพลังงานได้มากกว่าอย่างเห็นได้ชัดในพื้นที่เดียวกัน การประมาณการของอุตสาหกรรมชี้ให้เห็นว่าความหนาแน่นของพลังงานอยู่ที่ 400–500 Wh/kg เมื่อเทียบกับประมาณ 250–300 Wh/kg สำหรับเซลล์ลิเธียมไอออนที่ดีที่สุดในปัจจุบัน ในทางปฏิบัติ นั่นอาจหมายถึงรถยนต์ซีดานไฟฟ้าที่วิ่งได้ 500–600 ไมล์ต่อการชาร์จหนึ่งครั้งในขณะที่มีน้ำหนักเบากว่า
ความเร็วในการชาร์จถือเป็นความก้าวหน้าอีกขั้น โตโยต้า หนึ่งในผู้นำด้านการพัฒนาแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตท ได้ประกาศเป้าหมายที่จะชาร์จเร็วจาก 10% ถึง 80% ภายใน 10 นาที แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตทยังทำงานได้ดีกว่าในสภาพอากาศหนาวเย็นและเสื่อมสภาพช้ากว่า ซึ่งอาจช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้ยาวนานกว่าค่าเฉลี่ยในปัจจุบัน
ใครเป็นผู้นำในการแข่งขัน?
ตลาดชิปโซลิดสเตทประกอบไปด้วยบริษัทยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมยานยนต์และสตาร์ทอัพที่มีเงินทุนสนับสนุนอย่างดี:
• โตโยต้าได้ยื่นจดสิทธิบัตรแบตเตอรี่โซลิดสเตทไปแล้วกว่า 1,300 รายการ และวางแผนที่จะนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ในรถยนต์ไฮบริดก่อน จากนั้นจึงจะนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบในช่วงปลายทศวรรษนี้
• นิสสันได้ประกาศจัดตั้งสายการผลิตนำร่องและตั้งเป้าหมายที่จะผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตทในปริมาณมากภายในปีงบประมาณ 2028
• Volkswagenได้ลงทุนอย่างมากใน QuantumScape สตาร์ทอัพในซิลิคอนแวลลีย์ที่อ้างว่าแผ่นกั้นเซรามิกของบริษัทช่วยให้สามารถชาร์จเร็วได้ภายใน 15 นาทีในอุณหภูมิที่หลากหลาย
• BMW และ Fordให้การสนับสนุน Solid Power ซึ่งใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีส่วนประกอบของซัลไฟด์ และกำลังขยายกำลังการผลิตในรัฐโคโลราโด
อุปสรรคต่อการผลิตจำนวนมาก
แม้จะมีความกระตือรือร้น แต่ยังไม่มีบริษัทใดที่สามารถแสดงให้เห็นถึงแบตเตอรี่โซลิดสเตทในระดับที่ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ในด้านต้นทุน และความน่าเชื่อถือ ความท้าทายที่สำคัญ ได้แก่:
• ความยากลำบากในการผลิต: สารอิเล็กโทรไลต์แข็งต้องไร้ตำหนิอย่างสมบูรณ์แบบในพื้นที่ขนาดใหญ่ รอยแตกเล็กๆ หรือการเจริญเติบโตของเดนไดรต์อาจทำให้เซลล์ลัดวงจรได้
• ค่าใช้จ่าย: แบตเตอรี่โซลิดสเตทรุ่นแรกๆ จะมีราคาสูง BloombergNEF ประเมินว่าราคาจะต้องลดลงต่ำกว่า 100 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงในระดับแพ็ค เพื่อให้มีต้นทุนที่เทียบเท่ากับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งอาจจะไม่เกิดขึ้นจนกว่าจะถึงช่วงต้นถึงกลางทศวรรษ 2030
• ห่วงโซ่อุปทาน: การเพิ่มกำลังการผลิตขั้วบวกโลหะลิเธียมและวัสดุอิเล็กโทรไลต์ใหม่ต้องใช้เงินลงทุนหลายพันล้านดอลลาร์และโรงงานใหม่หลายแห่ง
เมื่อไหร่รถยนต์ไฟฟ้าแบบโซลิดสเตทจะวางจำหน่าย?
นักวิเคราะห์ส่วนใหญ่เห็นพ้องกันว่าช่วงปี 2027-2030 จะเป็นช่วงเวลาที่รถยนต์สำหรับตลาดมวลชนรุ่นแรกที่จะใช้แบตเตอรี่โซลิดสเตทอย่างแท้จริงจะเริ่มวางจำหน่าย โดยเริ่มจากรุ่นพรีเมียมก่อน ขณะที่โกลด์แมน แซคส์ ในรายงานวิจัยปี 2023 ชี้ว่าปี 2028 เป็นปีที่เป็นไปได้สำหรับการผลิตครั้งแรก จนกว่าจะถึงเวลานั้น การปรับปรุงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิมอย่างค่อยเป็นค่อยไป เช่น การใช้ขั้วบวกที่มีซิลิคอนสูง และการออกแบบเซลล์ไปจนถึงชุดแบตเตอรี่ จะช่วยลดช่องว่างดังกล่าวลงเรื่อยๆ
สรุป
แบตเตอรี่โซลิดสเตทถือเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญอย่างแท้จริง ไม่ใช่แค่การอัพเกรดทีละเล็กทีละน้อย หากสามารถแก้ปัญหาด้านการผลิตและต้นทุนได้ แบตเตอรี่ชนิดนี้จะทำให้รถยนต์ไฟฟ้ามีน้ำหนักเบาขึ้น ปลอดภัยขึ้น และสะดวกในการชาร์จเหมือนกับการเติมน้ำมันรถยนต์ การแข่งขันจึงไม่ได้อยู่ที่ว่าเทคโนโลยีโซลิดสเตทจะเกิดขึ้นได้หรือไม่ แต่เป็นการที่บริษัทใดจะสามารถผลิตได้ในปริมาณมากและราคาไม่แพงก่อนกัน สำหรับการปฏิวัติรถยนต์ไฟฟ้าที่จะสมบูรณ์อย่างแท้จริง แบตเตอรี่โซลิดสเตทคือส่วนที่ขาดหายไปอย่างแท้จริง
