ปัจจุบันเทคโนโลยีถูกพัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองกับความต้องการของคนรุ่นใหม่ในยุคดิจิตอล และเมื่อไม่นานมานี้การนำพลังงานไฟฟ้ามาใช้ทดแทนพลังงานต่าง ๆ ที่ใช้แล้วหมดไปก็เริ่มเป็นที่นิยมกันมากขึ้น ทั้งแบตเตอรี่สำรองไฟฟ้า พัดลม แบตเตอร์รี่สำรองไฟฟ้า เครื่องปั่นน้ำผลไม้ แบตเตอรี่สำรองไฟฟ้า เป็นต้น และอีกหนึ่งผลิตภัณฑ์ที่กำลังเป็นที่จับตามองสำหรับอุปกรณ์ที่นำพลังงานไฟฟ้ามาใช้ทดแทน คือ “รถยนต์ไฟฟ้า” นั่นเอง

ภาพที่ 1 รถยนต์ไฟฟ้า

ที่มา https://pixabay.com

        รถยนต์ไฟฟ้าคือรถที่เคลื่อนที่ด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า โดยใช้พลังงานจาก Rechargeable batteries ซึ่งส่วนใหญ่นิยมใช้ Lithium ion exchange battery ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ชนิดที่สามารถอัดกระแสไฟฟ้าเข้าไปใหม่ได้หลังจากไฟฟ้าถูกใช้หมดไป เนื่องจากภายในแบตเตอรี่ชนิดนี้มีสารเคมีที่สามารถทำปฏิกิริยาทำให้กลับไปอยู่ในสภาพเดิมได้ โดยการอัดกระแสไฟฟ้าเข้าไปใหม่ผ่านอุปกรณ์ที่ชื่อว่า “Changer” โดยจุดเด่นของ Lithium ion exchange battery ที่เหนือกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปตระกูลนิกเกิลและกรดตะกั่ว คือมีประสิทธิภาพในการจุพลังงานไฟฟ้าและมีกำลังไฟฟ้าที่สูง อัตราการสูญเสียประจุระหว่างไม่ใช้งาน (Self-discharge rate) ต่ำ และมีความปลอดภัยค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ที่ใช้โลหะลิเทียมเป็นขั้วไฟฟ้า

        โดยทั่วไป แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน (Lithium ion exchange battery) ประกอบด้วย

        1. ขั้วลบ มีองค์ประกอบหลักเป็นคาร์บอนที่มีรูพรุนเคลือบอยู่บนแผ่นทองแดง เช่น แกรไฟต์เคลือบ บนแผ่น ทองแดง เป็นต้น
        2. ขั้วบวก มีองค์ประกอบเป็นลิเทียมเมทัลออกไซด์เคลือบอยู่บนแผ่นอลูมิเนียม
        3. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ประกอบด้วยเกลือของลิเทียมในสารละลายต่าง ๆ เช่น ลิเทียมเตตระฟลูออโรบอเรต (LiBF4) ในสารละลายเอทิลีนคาร์บอเนต ลิเทียมเฮกซะฟลูออโรฟอตเฟส (LiPF6) ในสารละลายไดเอทิลคาร์บอเนต ลิเทียมเฮกซะฟลูออโรฟอตเฟส (LiPF6) ในสารละลายไดเมทิลคาร์บอเนต เป็นต้น โดยสารละลายอิเล็กโทรไลต์จะทำหน้าที่แลกเปลี่ยนไอออนของลิเทียมและอิเล็กตรอนของขั้วบวกและขั้วลบ
        4. เยื่อเลือกผ่าน (Separator) ทำหน้าที่คั่นระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ส่วนใหญ่นิยมใช้เป็น พอลิ-โพรพิลีน (Polypropylene, PP) หรือ พอลิเอทิลีน (Polyethylene, PE) เป็นต้น

ภาพที่ 2 ภาพแสดงการทำงานของ Lithium ion battery โดยขณะอัดประจุ ลิเทียม

ที่มา วรวริศ กอปรสิริพัฒน์, แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน, สารพันความรู้ด้านพลังงาน, ฉบับมกราคม – มีนาคม, 2559, หน้า63-67.

           โดยเมื่อมีการอัดประจุลงในแบตเตอร์รี่ ไอออนของลิเทียมจะเคลื่อนตัวออกจากขั้วบวก ผ่านเยื่อเลือกผ่านและสารละลายอิเล็กโทรไลต์เข้าสู่ขั้วลบ เกิดเป็นสารประกอบของลิเทียมและคาร์บอน ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนจากขั้วบวกจะเคลื่อนตัวจากขั้วบวกเข้าสู่ขั้วลบผ่านวงจรภายนอก ซึ่งในขณะที่เกิดการคายประจุ (Discharge) ก็จะเกิดปฏิกิริยาในทิศทางตรงข้ามกันร่วมด้วย กระบวนการที่ไอออนของลิเทียมแทรกตัวเข้าไปในโครงสร้างของขั้วลบเรียกว่า “Lithium insertion” หรือ “Lithium intercalation”

           นอกจากแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนแบบทั่วไป ยังมีแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนชนิดพอลิเมอร์ (Lithium-ion polymer battery) ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใหม่อีกด้วย

ภาพแสดงแบตเตอรี่ลีเทียมไอออนทั่วไป (ซ้าย) และแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนชนิดพอลิเมอร์ (ขวา)
ที่มา https://www.iphonemod.net

           แบตเตอรี่ไอออนชนิดพอลิเมอร์ (Lithium-ion polymer battery) หรือเรียกอีกอย่างว่า Lithium-polymer หรือ LiPo/Li-Po หรือ Li-Poly battery ประกอบขั้วบวกที่เป็นลิเทียม และขั้วลบที่เป็นแกรไฟต์ แต่สารละลายอิเล็กโทรไลต์จะใช้สารละลายเกลือของลิเทียมผสมในพอมิเมอร์ โดยข้อดีของการนำพอลิเมอร์มาผสมกับลิเทียมเพื่อใช้เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์นั้นคือทำให้แบตเตอรี่ที่ได้มีน้ำหนักเบา พอลิเมอร์บางชนิด เช่น พอลิอะคริโลไนไตรต์ (Poly acrylonitrile, PAN) หรือ พอลิเอทิลีนออกไซด์ (Poly ethylene oxide, PEO) เมื่อผสมลงไปจะทำให้ได้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีลักษณะเป็นเจล ทำให้แผ่นขั้วไฟฟ้าบวก เยื่อเลือกผ่านและแผ่นขั้วไฟฟ้าลบแนบชิดติดกัน แบตเตอรี่ที่ได้จึงมีลักษณะบางและเบาอีกด้วย

          การพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าไม่เพียงแต่ตอบสนองต่อความต้องการของคนในปัจจุบันเท่านั้น ทั้งยังช่วยลดมลพิษทางอากาศ และลดการใช้พลังงานจากน้ำมันเชื้อเพลิง เนื่องจากไม่มีการปลดปล่อยไอเสียออกจากมาสู่อากาศภายนอกอีกด้วย นอกจากนี้ รถยนต์ไฟฟ้ายังมีระบบการทำงานที่เงียบและมีอัตราเร่งที่ตอบสนองผู้ขับขี่อย่างทันใจ เนื่องจากการขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้าใช้เพียงแบตเตอรี่ไฟฟ้า เสียงที่เกิดจึงมีเพียงเสียงแอร์ของรถยนต์ และความเร็วของรถยนต์สามารถเร่งความเร็วได้โดยตรงจากมอเตอร์ไฟฟ้า ไม่ผ่านเครื่องยนต์ใดๆ นั่นเอง อย่างไรก็ตาม รถยนต์ไฟฟ้ายังคงต้องได้รับการพัฒนาต่อไปในอีกหลายๆ จุด เช่น ระยะทางที่สามารถเดินทางได้ เนื่องจากแบตเตอรี่ไฟฟ้าในปัจจุบันยังสามารถกักเก็บไฟฟ้าได้ต่ำ ทำให้สามารถเดินทางได้เพียงระยะทางสั้นๆ ประมาณ 150 ถึง 200 กิโลเมตร ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิง อีกทั้งสถานีบริการอัดประจุไฟฟ้ายังมีให้บริการน้อย เนื่องจากเป็นการลงทุนที่สูงกว่าสถานีบริการน้ำมันเชื้อเพลิงทั่วไป

แหล่งที่มา

วรวริศ กอปรสิริพัฒน์. (2559). แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน, สารพันความรู้ด้านพลังงาน. กรุงเทพฯ.
McGraw-Hill, J. Dahn and G. Ehrlich. (2011). Lithium-Ion Batteries .(4th ed).
แผนกเทคโนโลยียานยนต์.รถยนต์ไฟฟ้ า…….. รถแรงแห่งยุคพลังงานทดแทนม. สืบค้นเมื่อ 23 สิงหาคม 2560, จาก
         http://data.thaiauto.or.th/iu3/images/stories/PDF/Law/TAI/EV.pdf