แบตฯ Solid-State: อนาคต E-Bike วิ่งไกล ชาร์จไวขึ้น?

เทคโนโลยีแบตเตอรี่สำหรับยานยนต์ไฟฟ้า (EV) กำลังพัฒนาไปอย่างก้าวกระโดด โดยมี “แบตเตอรี่ Solid-State” เป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่ถูกจับตามองมากที่สุดในฐานะจุดเปลี่ยนสำคัญ เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพที่จะปฏิวัติวงการยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กอย่างจักรยานไฟฟ้า (E-Bike) และสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้า ด้วยคุณสมบัติเด่นทั้งในด้านระยะทางการขับขี่ที่ไกลขึ้น การชาร์จที่รวดเร็ว และความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ภาพรวมของเทคโนโลยีแบตเตอรี่แห่งอนาคต

แบตเตอรี่ Solid-State ถูกคาดการณ์ว่าจะเป็นเทคโนโลยีที่จะมาแทนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ด้วยข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างที่นำไปสู่ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในหลายมิติ ประเด็นสำคัญที่ทำให้เทคโนโลยีนี้โดดเด่นประกอบด้วย:

• ความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น: สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้นในขนาดและน้ำหนักที่เท่ากัน ส่งผลให้ยานพาหนะไฟฟ้าวิ่งได้ไกลขึ้นต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง
• การชาร์จที่รวดเร็วกว่า: โครงสร้างที่แข็งแกร่งช่วยให้รองรับกระแสไฟในการชาร์จได้สูงขึ้น ลดระยะเวลารอคอยได้อย่างมาก
• ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น: การใช้อิเล็กโทรไลต์ชนิดแข็งช่วยลดความเสี่ยงจากการรั่วไหลและการติดไฟ ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญของแบตเตอรี่ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ชนิดของเหลว
• อายุการใช้งานยาวนานขึ้น: มีความทนทานต่อการเสื่อมสภาพจากการชาร์จซ้ำ ๆ ได้ดีกว่าแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม

แบตเตอรี่ Solid-State คืออะไร และแตกต่างจากปัจจุบันอย่างไร

เพื่อทำความเข้าใจถึงศักยภาพของแบตเตอรี่ Solid-State การเปรียบเทียบโครงสร้างและหลักการทำงานกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิมจะช่วยให้เห็นภาพความแตกต่างที่ชัดเจนยิ่งขึ้น

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion) แบบดั้งเดิม

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ใน E-Bike และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน ประกอบด้วยขั้วแอโนด (Anode) ที่ทำจากกราไฟต์, ขั้วแคโทด (Cathode) และมีตัวกลางเป็นอิเล็กโทรไลต์ชนิดของเหลว (Liquid Electrolyte) ซึ่งทำหน้าที่เป็นสะพานให้ไอออนของลิเธียมเคลื่อนที่ระหว่างขั้วทั้งสองในระหว่างการชาร์จและคายประจุ อย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรไลต์เหลวนี้มีข้อจำกัดด้านความปลอดภัยเนื่องจากเป็นสารไวไฟ และยังมีขีดจำกัดด้านความหนาแน่นของพลังงาน

แบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-State)

แบตเตอรี่ Solid-State คือการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบสำคัญ โดยแทนที่อิเล็กโทรไลต์ชนิดของเหลวด้วยอิเล็กโทรไลต์ชนิดของแข็ง (Solid Electrolyte) ซึ่งอาจทำจากวัสดุประเภทเซรามิกหรือพอลิเมอร์แข็ง การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลดีหลายประการ:

• เพิ่มความหนาแน่นพลังงาน: การใช้อิเล็กโทรไลต์แข็งช่วยให้สามารถใช้ขั้วแอโนดที่ทำจากลิเธียมเมทัล (Lithium Metal) ได้ ซึ่งมีความสามารถในการเก็บประจุสูงกว่ากราไฟต์มาก ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นราว 50-100% เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิม
• ลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัย: เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์แข็งไม่ติดไฟเหมือนของเหลว จึงช่วยลดความเสี่ยงการเกิดเพลิงไหม้จากการลัดวงจรภายในเซลล์แบตเตอรี่ได้อย่างมาก

แบตเตอรี่กึ่งแข็ง (Semi-Solid-State): เทคโนโลยีขั้นเปลี่ยนผ่าน

ในระหว่างการพัฒนาไปสู่ Solid-State เต็มรูปแบบ ยังมีเทคโนโลยี “กึ่งแข็ง” (Semi-Solid) ซึ่งเริ่มถูกนำมาใช้ในตลาด E-Bike และสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้าแล้ว แบตเตอรี่ชนิดนี้ใช้อิเล็กโทรไลต์ในรูปแบบเจลหรือสารกึ่งแข็ง ซึ่งช่วยปรับปรุงความปลอดภัยและเสถียรภาพให้ดีกว่าแบบของเหลว แต่ยังคงกระบวนการผลิตที่ง่ายกว่าและมีต้นทุนต่ำกว่าแบบของแข็ง 100% ทำให้เป็นเทคโนโลยีเชื่อมต่อที่สำคัญในปัจจุบัน

ศักยภาพด้านระยะทาง: E-Bike จะวิ่งได้ไกลขึ้นแค่ไหน?

หนึ่งในคำถามที่สำคัญที่สุดสำหรับผู้ใช้งาน E-Bike คือ “การชาร์จหนึ่งครั้งจะวิ่งได้ไกลเท่าไหร่?” เทคโนโลยีแบตเตอรี่ Solid-State และ Semi-Solid ให้คำตอบที่น่าสนใจในเรื่องนี้

เทคโนโลยี Semi-Solid ในปัจจุบัน

สำหรับแบตเตอรี่กึ่งแข็งที่เริ่มมีการนำมาใช้ใน E-Bike และสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้าบางรุ่นแล้ว มีข้อมูลจากผู้ผลิตที่ระบุว่ามีความหนาแน่นพลังงานจำเพาะ (Specific Energy) อยู่ที่ประมาณ 230–270 Wh/kg และในรุ่นที่ก้าวหน้าอาจสูงถึง 375 Wh/kg ซึ่งสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป (ประเภท NCM) ที่มีค่าอยู่ที่ประมาณ 160–270 Wh/kg ตัวเลขนี้หมายความว่าในขนาดแบตเตอรี่ที่เท่ากัน แบตเตอรี่ Semi-Solid สามารถให้ระยะทางที่ไกลกว่าเดิม

ศักยภาพของ Solid-State เต็มรูปแบบ

บทวิเคราะห์ในตลาดคาดการณ์ว่าแบตเตอรี่ Solid-State เต็มรูปแบบสามารถให้พลังงานมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเดิมถึง 50-100% หากแปลงเป็นระยะทางจริง:

หาก E-Bike ในปัจจุบันมีระยะทางวิ่งเฉลี่ยประมาณ 60–80 กิโลเมตรต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง ตามทฤษฎีแล้ว แบตเตอรี่ Solid-State อาจเพิ่มระยะทางดังกล่าวไปถึง 100–160 กิโลเมตร หรือมากกว่านั้น โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มขนาดหรือน้ำหนักของชุดแบตเตอรี่

ตัวอย่างที่แสดงให้เห็นถึงศักยภาพนี้ในยานพาหนะสองล้อคือมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า Verge TS Pro ที่เปิดตัวโดยใช้แบตเตอรี่ Solid-State ซึ่งมีการกล่าวถึงศักยภาพระยะทางที่สูงถึงประมาณ 580 กิโลเมตรต่อการชาร์จ ซึ่งเป็นผลโดยตรงจากความหนาแน่นพลังงานที่สูงกว่าของเทคโนโลยีนี้

การชาร์จที่รวดเร็วยิ่งขึ้น: ลดเวลารอได้จริงหรือ?

นอกเหนือจากระยะทางแล้ว เวลาในการชาร์จก็เป็นอีกปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสบการณ์การใช้งาน เทคโนโลยี Solid-State มีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการชาร์จ E-Bike จากการชาร์จข้ามคืนไปสู่การชาร์จที่รวดเร็วเหมือนการเติมน้ำมัน

ความสามารถในการชาร์จไวของ Solid-State

ปัญหาหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเหลวคือการเกิด “เดนไดรต์” (Dendrite) หรือผลึกโลหะที่งอกบนขั้วแอโนดระหว่างการชาร์จเร็ว ซึ่งอาจทำให้เกิดการลัดวงจรได้ แต่ในแบตเตอรี่ Solid-State ที่มีอิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็ง ปัญหานี้จะลดลงอย่างมาก ทำให้สามารถรองรับกระแสไฟในการชาร์จที่สูงขึ้นได้อย่างปลอดภัย ผู้พัฒนาหลายรายตั้งเป้าหมายที่จะทำให้แบตเตอรี่ชนิดนี้สามารถชาร์จเต็ม (0-100%) ได้ภายใน 15 นาที หรือเร็วกว่านั้น

กรณีศึกษาจาก Semi-Solid

สำหรับเทคโนโลยี Semi-Solid ที่มีใช้งานแล้ว มีกรณีศึกษาของชุดแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จจาก 15% ถึง 90% ได้ภายในเวลาประมาณ 18 นาที โดยยังสามารถควบคุมอุณหภูมิไม่ให้สูงเกินไปได้ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าแม้แต่เทคโนโลยีขั้นเปลี่ยนผ่านก็สามารถมอบประสบการณ์การชาร์จที่รวดเร็วขึ้นอย่างมาก ทำให้ผู้ใช้ E-Bike สามารถชาร์จไฟในช่วงเวลาสั้นๆ ระหว่างวันเพื่อเพิ่มระยะทางได้อีกหลายสิบกิโลเมตร โดยไม่ต้องรอเป็นชั่วโมง

ความปลอดภัยที่เหนือกว่า: ลดความเสี่ยงไฟไหม้

ข่าวการเกิดเพลิงไหม้จากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นประเด็นที่น่ากังวลทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ E-Bike ที่มักถูกจัดเก็บไว้ในที่พักอาศัย เช่น บ้านหรือคอนโดมิเนียม แบตเตอรี่ Solid-State และ Semi-Solid ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้ไขปัญหานี้โดยตรง

• Solid-State: ด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งและไม่ติดไฟ จึงช่วยลดโอกาสการเกิดเพลิงไหม้จากการลัดวงจรภายในเซลล์ได้อย่างมาก ทำให้มีความปลอดภัยสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ
• Semi-Solid: การใช้อิเล็กโทรไลต์รูปแบบเจลหรือสารกึ่งแข็งมีความเสถียรและทนความร้อนได้ดีกว่าอิเล็กโทรไลต์เหลว ช่วยลดโอกาสการเกิดภาวะ “Thermal Runaway” หรือความร้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างควบคุมไม่ได้ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของไฟไหม้

ทั้งสองแนวทางนี้มอบความปลอดภัยที่เหนือกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิมอย่างชัดเจน หากได้รับการออกแบบและผลิตภายใต้ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่ได้มาตรฐาน

อายุการใช้งานและประสิทธิภาพในสภาพอากาศที่แตกต่าง

ความทนทานและประสิทธิภาพที่คงเส้นคงวาเป็นอีกคุณสมบัติที่สำคัญของแบตเตอรี่สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า

อายุการใช้งาน (Cycle Life)

อายุการใช้งานของแบตเตอรี่มักวัดเป็นจำนวนรอบการชาร์จ (Cycle Life) ก่อนที่ความจุจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ข้อมูลระบุว่าแบตเตอรี่ Semi-Solid มีแนวโน้มที่จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปเนื่องจากการเสื่อมสภาพของอิเล็กโทรไลต์ที่น้อยลง ขณะที่แบตเตอรี่ Solid-State เต็มรูปแบบที่ยังอยู่ในขั้นตอนการทดสอบในห้องปฏิบัติการ บางต้นแบบสามารถทนทานต่อการชาร์จได้หลายพันถึงมากกว่าหนึ่งหมื่นรอบ ซึ่งหมายความว่าสำหรับผู้ใช้ E-Bike แบตเตอรี่หนึ่งชุดอาจสามารถใช้งานได้ยาวนานถึง 5-10 ปี โดยที่ประสิทธิภาพยังคงดีอยู่

ประสิทธิภาพท่ามกลางอุณหภูมิที่หลากหลาย

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปมักมีประสิทธิภาพลดลงอย่างเห็นได้ชัดในสภาพอากาศเย็น ทำให้ระยะทางวิ่งสั้นลง แต่แบตเตอรี่ Solid-State มีคุณสมบัติที่สามารถทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่า และยังคงรักษาประสิทธิภาพได้ดีกว่าในสภาพอากาศหนาวเย็น ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบสำคัญสำหรับผู้ใช้งานในภูมิภาคที่มีอากาศเย็น

ผลกระทบต่อน้ำหนักและขนาดของจักรยานไฟฟ้า

ด้วยความหนาแน่นพลังงานที่สูงขึ้น เทคโนโลยี Solid-State เปิดโอกาสให้นักออกแบบและผู้ผลิต E-Bike สามารถเลือกแนวทางการพัฒนาได้สองทาง:

1. ระยะทางเท่าเดิม แต่น้ำหนักเบาลง: สามารถออกแบบชุดแบตเตอรี่ให้มีขนาดเล็กลงและเบาลงได้เกือบครึ่งหนึ่ง แต่ยังคงให้ระยะทางวิ่งเท่าเดิม ทำให้ E-Bike มีความคล่องตัวมากขึ้น ควบคุมง่ายขึ้น และสะดวกต่อการยกหรือถอดแบตเตอรี่ไปชาร์จ
2. น้ำหนักเท่าเดิม แต่ระยะทางเพิ่มขึ้นเท่าตัว: สามารถคงขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่ไว้เท่าเดิม แต่เพิ่มระยะทางการขับขี่ได้เป็นสองเท่า ตอบสนองความต้องการของผู้ที่ต้องการเดินทางไกล

แม้แต่เทคโนโลยี Semi-Solid ในปัจจุบันก็ให้ค่า Wh/kg ที่สูงกว่าแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมบางประเภทแล้ว ซึ่งช่วยให้น้ำหนักโดยรวมของจักรยานไฟฟ้าลดลงได้ในระดับหนึ่ง

มิติผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและวัตถุดิบ

นวัตกรรม EV ไม่ได้มุ่งเน้นแค่ประสิทธิภาพ แต่ยังคำนึงถึงความยั่งยืนด้วย เทคโนโลยี Solid-State มีแนวโน้มที่จะเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในระยะยาว โดยมีแนวทางการออกแบบที่ใช้โคบอลต์และนิกเกิลน้อยลง หรืออาจไม่ใช้เลยในอนาคต ซึ่งช่วยลดปัญหาด้านการทำเหมืองและห่วงโซ่อุปทานของแร่ธาตุหายากเหล่านี้ นอกจากนี้ อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของแบตเตอรี่ยังหมายถึงการลดปริมาณขยะอิเล็กทรอนิกส์และการใช้พลังงานในการผลิตและรีไซเคิลแบตเตอรี่ใหม่ตลอดอายุการใช้งานของ E-Bike หนึ่งคัน

สถานะปัจจุบันในตลาดจักรยานไฟฟ้าและสกู๊ตเตอร์

แม้ว่าศักยภาพของแบตเตอรี่ Solid-State จะน่าตื่นเต้น แต่การนำมาใช้งานในวงกว้างยังคงมีความท้าทายอยู่ ปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการผลิตเชิงพาณิชย์และมีต้นทุนต่อ kWh ที่สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปมาก

ดังนั้น การใช้งานจึงมักเริ่มต้นในกลุ่มผลิตภัณฑ์ระดับพรีเมียม เช่น รถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูง หรือมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าราคาแพง (เช่น Verge TS Pro) สำหรับตลาด E-Bike ทั่วไป เทคโนโลยีที่เริ่มปรากฏให้เห็นส่วนใหญ่จึงเป็นแบบ Semi-Solid ซึ่งสามารถผลิตได้ง่ายกว่าและใช้สายการผลิตที่ใกล้เคียงกับของเดิมได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อการผลิตขยายตัวในระดับที่ใหญ่ขึ้น (Scale Up) ต้นทุนของแบตเตอรี่ Solid-State มีแนวโน้มที่จะลดลง และจะถูกนำมาใช้ในตลาด E-Bike ที่คนทั่วไปเข้าถึงได้ในอนาคต

บทสรุป: อนาคตของ E-Bike กับแบตเตอรี่ Solid-State

กลับมาที่คำถามหลัก “แบตฯ Solid-State: อนาคต E-Bike วิ่งไกล ชาร์จไวขึ้น?” คำตอบคือ “ใช่” ในเชิงเทคโนโลยีอย่างแน่นอน ข้อมูลและการพัฒนาในปัจจุบันยืนยันว่าเทคโนโลยี Solid-State และ Semi-Solid สามารถมอบประสบการณ์การใช้งาน E-Bike ที่เหนือกว่าได้อย่างชัดเจน ทั้งในด้าน:

• ระยะทาง: เพิ่มขึ้นได้ 50-100% จากแบตเตอรี่ขนาดเท่าเดิม
• การชาร์จ: รวดเร็วขึ้นในระดับ 15-20 นาที สำหรับการชาร์จจนเกือบเต็ม
• ความปลอดภัย: สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ลดความเสี่ยงการเกิดเพลิงไหม้
• อายุการใช้งาน: ยาวนานขึ้น ลดความถี่ในการเปลี่ยนแบตเตอรี่

อย่างไรก็ตาม ในเชิงการตลาด ยังคงเป็นช่วงเปลี่ยนผ่านที่เทคโนโลยี Semi-Solid จะเข้ามามีบทบาทสำคัญในฐานะสะพานเชื่อม เพื่อให้ผู้บริโภคได้สัมผัสกับคุณสมบัติที่ดีขึ้นก่อนที่เทคโนโลยี Solid-State เต็มรูปแบบจะพร้อมสำหรับตลาดแมสเมื่อต้นทุนการผลิตลดลงในอนาคต

เลือกซื้อจักรยานไฟฟ้าและนวัตกรรม EV ที่เหมาะสม

การเลือกซื้อจักรยานไฟฟ้า สกู๊ตเตอร์ไฟฟ้า หรือ E-Bike ไม่เพียงแต่ต้องพิจารณาถึงเทคโนโลยีแบตเตอรี่ แต่ยังรวมถึงการออกแบบ โครงสร้าง และบริการหลังการขายที่เชื่อถือได้ ที่ GIANT Shopping Mall เราคือศูนย์รวมจักรยานไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์ทุกความต้องการ พร้อมให้คำแนะนำเกี่ยวกับนวัตกรรม EV เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณมากที่สุด

ติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่:

ที่ตั้งร้าน: 269 หมู่ 12 ถ. มิตรภาพ ตำบลเมืองเก่า อำเภอเมืองขอนแก่น ขอนแก่น 40000
วันและเวลาทำการ: จันทร์ – เสาร์ (เวลา 9.00 – 18.00 น.)
โทรศัพท์: 061-962-2878

สามารถติดตามข่าวสารและโปรโมชันได้ทาง FACEBOOK PAGE หรือสอบถามโดยตรงผ่าน LINE และ ติดต่อ สอบถามเพิ่มเติม ผ่านทางเว็บไซต์