แบตเตอรี่โซลิดสเตตคืออะไร? มันคือแบตเตอรี่ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ หรือสารนำไฟฟ้า แบบของแข็ง แทนที่การใช้แบบของเหลวหรือเจล โดยอิเล็กโทรไลต์ คือ ส่วนที่อยู่ตรงกลาง ระหว่างขั้วแคโทด และขั้วแอโนด และทำไมแบตเตอรี่ Solid-State ถึงเป็นเรื่องใหญ่ระลอกถัดไปของยานยนต์ EV?
องค์ประกอบของแบตเตอรี่โซลิดสเตต ช่วยให้แบตเตอรี่มีขนาดเล็กลง มีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น หมายความว่า รถยนต์ไฟฟ้าจะสามารถวิ่งได้ไกลขึ้น ด้วยจำนวนแบตเตอรี่ที่มากขึ้น หรืออาจจะวิ่งได้ระยะทางเท่าเดิม แต่มีน้ำหนักเบาลง ที่สำคัญคือ ราคาถูกลง เพราะใช้จำนวนแบตเตอรี่น้อยลง นอกจากนี้ เทคโนโลยี Solid-State ยังรองรับการชาร์จไวได้ดีกว่าเดิม เนื่องจากคุณสมบัติที่ไม่สะสมความร้อนสูงจนเกินไป
ลองนึกถึงศักยภาพของ Solid-State ที่จะนำไปใช้ในวงการมอเตอร์สปอร์ตคาร์บอนต่ำ Solid-State มีขนาดสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีความกว้าง 10 ซม.2 ซม. แรก คือ ขั้วแอโนด (ขั้วบวก) – ซึ่งส่วนใหญ่ทำจากกราไฟต์ 2 ซม.สุดท้าย คือ ขั้วแคโทด (ขั้วลบ) – ซึ่งทำจาก ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) หรือ ลิเธียมสีกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (NMC) (ยังมีวัสดุอื่นๆ ที่กำลังถูกทดสอบอยู่)
ระหว่างขั้วแอโนดและแคโทด จะมีอิเล็กโทรไลต์แบบของเหลวหรือเจลแทรกอยู่ตรงกลาง และตรงกลางนั้นจะมี "แผ่นกั้น (Separator)" ซึ่งเป็นเมมเบรนเกลือชนิดหนึ่ง ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเคมี กระตุ้นให้ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ระหว่างสองขั้ว และป้องกันไม่ให้ขั้วทั้งสองมาแตะโดนกัน แบตเตอรี่แบบรีชาร์จได้ ต้องเผชิญกับสภาวะที่เรียกว่า การเกิดเกล็ดลิเธียม คล้ายๆ กับการสะสมของคราบหินปูนบนฟัน แต่เกิดขึ้นกับขั้วอิเล็กโทรดการชาร์จและคายประจุซ้ำๆ เป็นสาเหตุให้เกิดอนุภาคไอออนก่อตัวเป็นโครงสร้างหนามแหลมยาวบนผิวสัมผัสของขั้วไฟฟ้า ถ้ามันงอกยาวจนมาชนกันได้ มันอาจทำให้แบตเตอรี่เกิดการลัดวงจร หรือที่แย่กว่านั้นคือเกิดไฟไหม้ นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ต้องมี แผ่นกั้นเอาไว้ ในแบตเตอรี่ Solid-State การเปลี่ยนสารอิเล็กโทรไลต์ให้กลายเป็น แก้ว, เซรามิก หรือโพลิเมอร์ของแข็ง สามารถบรรลุประโยชน์ได้อย่างหลากหลายเกินคาด
ถ้าวิเคราะห์จากข้อจำกัดทางวัสดุศาสตร์ ตัวเลขการทำระยะทางและความเร็วในการชาร์จ รวมถึงต้นทุนการผลิตสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไป ประสิทธิภาพล้ำๆของ Solid-State Battery คาดว่า เราจะได้เห็นอย่างแน่นอน แต่ต้องรออีก 5-7 ปี แบตเตอรี่ขนาดโต๊ะปิงปอง วิ่งได้แค่ 600-700 กิโลเมตร ในปัจจุบัน ที่ทำให้รถยนต์ไฟฟ้มีมวลขนาด 2.0-2.6 ตัน จะกลายเป็นเทคโนโลยีในยุคเริ่มต้นของยานยนต์ไฟฟ้าที่ถูกจดจำเหมือนโทรศัพท์กระดูกหมูตำนานมือถือในอดีต ทำไมตัวเลข 1,500 กิโลเมตร ในขนาดแพ็กที่เล็กลงครึ่งหนึ่งของSolid-State Battery ถึงเป็นไปได้?
แบตเตอรี่ ลิเธียมไอออน ที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ มีค่าความหนาแน่นพลังงานเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 200–280 Wh/kg นั่นคือ เหตุผลที่บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า ต้องแบกแบตเตอรี่หนัก 600–800 กิโลกรัม ขนาดเกือบเท่าโต๊ะปิงปอง ไว้ใต้ท้องรถ เ เพื่อพาตัวรถไปให้ได้ระยะทาง 500–700 กม. แต่ขีดจำกัดเรื่องของระยะทางที่อยากจะเบ่งให้ถึง 1000 กิโลเมตร อีก 5 ปี จะถูกทำลายลงด้วยเทคโนโลยี Solid-State Battery หรืออิเล็กโทรไลต์ของแข็ง และ Silicon-Anode/Lithium-Metal ระดับความหนาแน่น 500–600 Wh/kg แผนกวิจัยพัฒนาตัวเก็บประจุของยานยนต์พลังงานใหม่ และยักษ์ใหญ่ผู้ผลิตเซลล์แบตเตอรี่อย่าง (เช่น CATL, Chery Rhino, Toyota/Idemitsu) ได้ทดลองเซลล์ต้นแบบที่ทำความหนาแน่นพลังงานก้าวข้าม 500 Wh/kg ไปแล้ว เมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้นมากกว่า 2 เท่า ขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่แพ็ก จะลดลงเหลือแค่ครึ่งเดียว ในขณะที่ความจุไฟฟ้ายังคงเท่าเดิม หรือถ้าใช้ขนาดแพ็กใหญ่ ระยะทางวิ่งจะทะลุไปถึง 1,200 – 1,500 กิโลเมตร ได้อย่างสบายๆ
แบตเตอรี่ EV ในยุคแรกที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ มีขนาดใหญ่และหนัก เนื่องจากไม่ได้มีแค่เซลล์แบตเตอรี่ แต่ต้องติดตั้งชุดแผงระบายความร้อนด้วยของเหลว + โครงสร้างกันกระแทกภายนอก (ทั้งหนาและหนัก) รวมไปถึงมีสารหน่วงการติดไฟ เพื่อป้องกันปรากฏการณ์ความร้อนพุ่งสูงฉับพลัน หรือ Thermal Runaway ในอนาคตอีก 5- 7 ปี ข้างหน้า เมื่อรถยนต์ไฟฟ้าเปลี่ยนแบตเตอรี่เป็น Solid-State วัสดุของแข็งที่ใช้ทำเซลส์จะไม่มีการรั่วซึม ทำให้ติดไฟยากกว่าแบตเตอรี่แบบเดิม คือ แทบจะไม่มีการลุกไหม้ ระบบระบายความร้อนและโครงสร้างป้องกันเพื่อความปลอดภัย ถูกย่อขนาดให้เล็กลงกว่าเดิม เมื่อการระบายความร้อนไม่ต้องใช้อุปกรณ์ต่อพ่วงที่เคยมีขนาดใหญ่และหนัก ทำให้พื้นที่ใช้สอยภายในแพ็กแบตเตอรี่กลายเป็นเนื้อเซลล์พลังงานล้วนๆ สูงถึง 80-90% ระยะการเดินทาง 1,500 กิโลเมตร ต่อการชาร์จไฟจนเต็ม 1 ครั้ง จะกลายเป็นเรื่องจริงในปี 2030-2033
มองไปที่ Roadmap ของภาคอุตสาหกรรมยานยนต์โลก ทั้งบริษัทผลิตรถยนต์ไฟฟ้าชั้นนำ และบริษัทผลิตแบเตอรี่ยักษ์ใหญ่ของโลก ปี 2026 เราเริ่มเห็นแบตเตอรี่กึ่งของแข็งความจุ 150 kWh วิ่งได้ระดับ 1,000 กม. เช่น NIO ET7 หรือในแบรนด์จีนระดับท็อป แต่ขนาดแพ็กแบตเตอรี่ยังถือว่าใหญ่และหนักเกินไป ในอนาคต ปี 2027–2030 ยุค Commercial Solid-State เป็นจุดเปลี่ยนที่ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าวิ่งได้ไกลเกินกว่าจินตนาการในยุคนี้จะไปถึง Toyota, Chery, และ CATL วิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงมานานแล้ว โดยตั้งเป้าผลิต All-Solid-State Battery ในเชิงพาณิชย์ สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในปี 2030 เป็นต้นไป จะเปลี่ยนไปใช้แบตเตอรี่ Solid-State ที่เล็กลง น้ำหนักเบา และทำตัวเลขระยะทาง 1,200–1,500 กิโลเมตร ต่อการชาร์จ 1 ครั้ง ได้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน Solid-State จะกลายเป็นมาตรฐานใหม่ของรถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต
ในปี 2030 แบตเตอรี่ EV เริ่มมีขนาดที่เล็กลง ด้วยเทคโนโลยีแบตเตอรี่ Solid-State ซึ่งเป็นแพ็กแบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัด วางใต้ตัวถังได้อย่างแนบเนียน ชาร์จไฟกลับได้ภายในเวลาไม่กี่นาที และพาเราเดินทางไกล 1,500 กิโลเมตรได้โดยไม่ต้องหยุชาร์จไฟกลางทาง
6–7 ปีที่ผ่านมา เราได้ยินคำว่า Solid-State Battery จนคุ้นหูแต่ก็ไม่โผล่ออกมาซะที การโฆษณาเรื่องแบตเตอรี่แบบใหม่ของบริษัทรถยนต์ แน่นอนว่าเป็นเครื่องมือทางการตลาดที่สร้างกระแสการรับรู้ได้ดี ดึงดูดความสนใจของสื่อที่กระหายข่าวใหม่ในวงการได้อย่างรวดเร็ว รวมถึงการกระตุ้นราคาหุ้น และดึงดูดความสนใจของแบรนด์ โดยที่ตัวเทคโนโลยี Solid-State Battery ยังอยู่ในห้องทดลอง
ปัญหาของแบตเตอรี่ Solid State คือ ความเสถียร นี่คือตัวเก็บประจุแบบใหม่ที่ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา ยังมีความไม่แน่นอน ในเรื่องของการแก้ปัญหาเกล็ดลิเธียมงอกแทงชั้นสารของแข็งจนอาจเกิดการลัดวงจร อัตราความสำเร็จในกระบวนการผลิต การขึ้นรูปแผ่นอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง ให้หนาแน่นโดยไม่มีฟองอากาศ การทนต่อแรงเค้น ไม่ต้องใช้ชุดบีบอัดแรงดันมหาศาลประกบตัวเซลล์ และต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง มีราคาที่เหมาะสมมากพอที่จะแข่งขันกับแบตเตอรี่ LFP/NMC
ระยะเวลาของการนำมาใช้งานจริงที่ Solid-State จะบรรลุความสำเร็จและได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย สามารถผลิตขายจริง มีความเสถียร และมีต้นทุนการนผลิตไม่สูงมากจนเกินไป ปี 2027–2028 Solid State จะเข้าสู่การผลิตจริง แต่ราคายังคงแพงระยับดับจิต และมีแค่รถยนต์ไฟฟ้า Premium ราคาสูงเท่านั้นที่นำมาติดตั้งกับผลิตภัณฑ์ของตัวเอง ส่วนระยะเวลาที่รถไฟฟ้าทั่วไปจะนำ All-Solid-State 100% มาใช้งาน น่าจะลากยาวไปจนถึงปี 2033-2035 เนื่องจากข้อจำกัดด้านต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าแบตเตอรี่แบบเดิมอยู่เกือบ 2–3 เท่า กลุ่มเป้าหมายในช่วงแรกน่าจะมีแค่ Hypercar / Supercar หลังจากนั้น ค่อยว่ากัน.