Marisa Kuntanawong – ENTEC https://www.entec.or.th/th Wed, 29 Jan 2025 06:19:43 +0000 ณ ห้องประชุมชั้น 10, อาคาร Techosen, กระทรวงอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรม (MISTI) กรุงพนมเปญ ประเทศกัมพูชา hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.8.2 https://www.entec.or.th/wp-content/uploads/2021/01/cropped-forward-logo-1-32x32.png Marisa Kuntanawong – ENTEC https://www.entec.or.th/th 32 32 Sunisa Buakeaw https://www.entec.or.th/th/sunisa-buakeaw/ Mon, 15 Nov 2021 05:27:57 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=6126

Sunisa Buakeaw

Postdoctoral researcher

Education

  • Bachelor of Science (Second Class Honor 2014), Materials Science and Nanotechnology, Khon Kaen University, Thailand
  • Doctor of Science (2021), Materials Science and Nanotechnology, Khon Kaen University, Thailand
Expertise

  • Energy storage materials and technology
  • Fabrication & Characterization of Nanomaterials for Li-ion Batteries
  • Sn-based materials for energy storage: Li-ion battery and beyond lithium battery

Email:

sunisa.bua@ncr.nstda.or.th

]]>
Pidpong Janta https://www.entec.or.th/th/pidpong-janta/ Mon, 15 Nov 2021 04:46:23 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=6120

Pidpong Janta

Research Assistant

Education

  •  
Expertise

  •  

Email:

pidpong.jan@entec.or.th

]]>
Sareena Mhadmhan https://www.entec.or.th/th/sareena-mhadmhan/ Mon, 15 Nov 2021 04:28:57 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=6115

Sareena Mhadmhan

Postdoctoral researcher

Education

  •  
Expertise

  •  

Email:

sareena.mha@ncr.nstda.or.th

]]>
Bowornchai Chareonteraboon https://www.entec.or.th/th/bowornchai-chareonteraboon/ Mon, 15 Nov 2021 04:25:04 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=6110

Bowornchai Chareonteraboon

Research Assistant

Education

  •  
Expertise

  •  

Email:

bowornchai.cha@entec.or.th

]]>
Chonnipa Puratane https://www.entec.or.th/th/chonnipa-puratane/ Mon, 15 Nov 2021 04:17:01 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=6105

Chonnipa Puratane

Research Assistant

Education

  •  
Expertise

  •  

Email:

chonnipa.pur@entec.or.th

]]>
Electric cars and energy storage technology https://www.entec.or.th/th/storage-technology/ Tue, 21 Sep 2021 05:46:57 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=5848

สัมภาษณ์โดย ดร.บัญชา ธนบุญสมบัติ

ถอดบทสัมภาษณ์ โดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร

English translation by Ms. Patchareeya Rerkchavee

รายการก่อ กอง science วันนี้นะครับ ผมจะชวนคุยเกี่ยวกับเรื่องที่อยู่ในความสนใจของคนทั่วไป นั่นคือเกี่ยวกับเรื่องเทคโนโลยีพลังงาน โดยโฟกัสไปที่แบตเตอรี่มากสักหน่อย เราได้เชิญ ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล หรือ ดร.อ้อย หัวหน้าทีมวิจัยเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงาน ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ (ENTEC) Dr. Pimpa Limthongkul, Team Leader of Energy Storage Technology Research Team, Energy Innovation Research Group of ENTEC

ถาม : เข้าใจว่าอ้อยศึกษาวิจัยเรื่องพลังงาน โดยเฉพาะเรื่องแบตเตอรี่มาตั้งแต่เรียนปริญญาเอกหรือก่อนหน้านั้นจนกระทั่งมาทำงานที่เอ็มเทค ช่วยเล่าประวัติสักหน่อยครับ?

ตอบ: 

ก็เริ่มทำเกี่ยวกับแบตเตอรี่มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1997 ซึ่งเป็นปีแรกของการเรียนปริญญาเอกอยู่ในภาควิชาวัสดุศาสตร์ที่ MIT (Massachusetts Institute of Technology)

ถาม : แสดงว่าจับเรื่องนี้มายาวนานเลย ตอนนั้นที่ทำวิจัยแง่มุมที่ศึกษาเป็นเรื่องอะไรครับ พอเล่าให้ฟังคร่าวๆ ได้ไหมครับ?

ตอบ: 

ค่ะ ในช่วงปี 1997 ถ้าหลายๆ คนจำได้ ตอนช่วงนั้นแบตเตอรี่ที่เรารู้จักธรรมดาส่วนใหญ่จะเป็นแบตเตอรี่พวกแอลคาไลน์ที่ใช้ได้ครั้งเดียว หรือแบตเตอรี่มือถือที่มันค่อนข้างใหญ่มาก ตอนนั้น 5 ปีก่อน 1997 ก็เป็นการเข้ามาของแล็บท็อปคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ช่วงแรก ประมาณปี 1992 ซึ่งใหม่มาก ปี 1997 ก็ยังใหม่มากยังไม่ได้ใช้ในอย่างอื่นเลย นอกจากมือถือและแล็ปท็อปคือในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา (portable electronic)

ถาม : เนื่องจากเป็นวัสดุศาสตร์ก็ต้องออกแบบระบบ วัสดุต่างๆ และแบตเตอรี่ แล้วก็ศึกษาแง่มุมต่างๆ ทางวิทยาศาสตร์หรือเปล่าครับ?

ตอบ: 

ใช่ค่ะ จริงๆ แล้วในวงการของแบตเตอรี่ ส่วนใหญ่ตอนช่วงเริ่มต้นคนจะคิดว่าแบตเตอรี่เป็นระบบเคมีไฟฟ้า ซึ่งคนจะคุ้นเคยกับของที่เป็นสารเคมี อย่างใกล้สุดคือ แบตเตอรี่กรดตะกั่วในรถที่ใช้สตาร์ทธรรมดา แต่ว่าจริงๆ แล้ว ในช่วงที่เริ่มศึกษากันมา ช่วงนี้ก็จะเข้าใจกันมากขึ้นว่า การกักเก็บพลังงานในแบตเตอรี่ใช้วัสดุที่ไม่ต้องเป็นของเหลว และก็เป็นวัสดุได้หลากหลายมาก ซึ่งแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนก็ใช้วัสดุที่มีความหลากหลาย
ถึงแม้ว่าชื่อลิเทียมไอออน แต่จริงๆ แล้วในตัวของระบบมีวัสดุที่มีความหลากหลายมากตั้งแต่ตัวที่เป็นตัวสารกักเก็บลิเทียม ตัวคาร์บอน อย่างเช่น Professor Yoshino [1] ที่โซนี่ ได้เป็นผู้คิดค้นการกักเก็บลิเทียมในตัวคาร์บอน ก่อให้เกิดการใช้งานแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนอย่างกว้างขวาง ที่ได้รางวัลโนเบล ปี 2019 และอย่างขั้วบวกก็เป็นวัสดุอีกประเภทหนึ่ง เป็นสารประกอบประเภทออกไซด์ ซึ่งอีก 2 ท่านของผู้ได้รับรางวัลโนเบลเป็นผู้คิดค้นคือ John Goodenough [2] กับ Professor Whittingham [3].

เราเป็นนักวัสดุและเป็นนักเรียนทุนด้วย โดนส่งไปเรียนเซรามิกก็ต้องศึกษาว่าวัสดุเกี่ยวอะไรกับแบตเตอรี่ เซรามิกเกี่ยวอะไรกับแบตเตอรี่ ก็ในส่วนนี้แหละค่ะ ก็คือสารอนินทรีย์ต่างๆ ในตัวของแบตเตอรี่สามารถกักเก็บประจุได้ค่ะ

ถาม : เนื่องจากเป็นเรื่องใหม่มากในระดับโลกในขณะนั้น เมื่อกลับมาเมืองไทยตามความเข้าใจอาจหาจุดโฟกัสได้ลำบาก เพราะอุตสาหกรรมเรายังไปไม่ถึง ตอนนั้นอ้อยต้องปรับตัวอย่างไร หรือนำความรู้มาชี้นำทิศทางการพัฒนาระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่อย่างไรบ้างครับ?

ตอบ: 

เรียน 5 ปี กลับมาก็ 2002 การทำวิจัยด้านแบตเตอรี่ในประเทศไทยไม่มีเลยก็ว่าได้ มันก็ต้องใช้อุปกรณ์ เครื่องมือค่อนข้างเยอะ ตอนนั้นวิธีการคือ เราก็ทำโค (collaborate) กับต่างประเทศ ตอนนั้นเราก็รับทำให้บริษัท ตอนที่เรียนใกล้จบมีบริษัทที่อาจารย์กับทีมตั้งขึ้นชื่อ A123 Systems เราได้ทำวัสดุประเภทแคโทด แล้วก็มันออกไปเป็นบริษัทสตาร์ทอัป (startup) ของ MIT ซึ่งปัจจุบันยังคงอยู่ เราก็เลยทำงานร่วมกับบริษัท รวมถึงศึกษาความรู้พื้นฐานร่วมกับอาจารย์ที่ MIT ด้วย อาจารย์ก็ค่อนข้างให้ความกรุณา เนื่องจากทราบว่าเราอยู่ประเทศแหล่งทุนน้อย ในสมัยปี 2002 การได้ทุนจากภาคเอกชนยากมาก เงินเริ่มต้นได้มา 200,000 บาทซื้อเครื่องชั่งก็หมดไปครึ่งหนึ่ง หนึ่งในสี่ที่เหลือไม่ต้องคิดถึงว่าจะซื้ออย่างอื่น และก็จ้างคนไม่ได้ง่ายมาก เราก็ทำเองหมด ในส่วนนั้นก็ทำโคกับอาจารย์ก็บินไปบินมาบ้าง แล้วเราก็ช่วยทำในส่วนของระบบของตัวด้านพลังงานอีก คือความสนใจของเราคือด้านพลังงานอยู่แล้ว เราก็ทำในส่วนของเซลล์เชื้อเพลิงก็ช่วยหัวหน้า ดร.สุมิตรา [4] ทำในส่วนของการพัฒนาวัสดุสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง

ดร.สุมิตรา จรสโรจน์กุล ปัจจุบันเป็นนักวิจัยอาวุโส และผู้อำนวยการกลุ่มวิจัยนวัตกรรมพลังงาน ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ (ENTEC)

ถาม : เป็นการประยุกต์ความรู้ที่มีอยู่มาใช้กับเรื่องที่คาบเกี่ยวกันมากพอสมควร?

ตอบ: 

ใช่ค่ะ จริงๆ มันเป็นองค์ความรู้พื้นฐานเดียวกัน เพียงแต่เราจะไปโฟกัสที่ระบบไหน ก็ปรับประยุกต์ได้หมด

ถาม : มองในแง่นี้ อ้อย หนึ่ง – เป็นคนหนึ่งที่วางโครงสร้างพื้นฐานระยะแรกๆ สอง – เป็นคนที่ทำเรื่องการถ่ายทอดเทคโนโลยีเรียกได้ว่าเป็นหัวใจ หรือจุดเชื่อมกับต่างประเทศ โดยเฉพาะกับอเมริกาเข้ามาในประเทศไทย สามารถพูดแบบนี้ได้ไหม?

ตอบ: 

ไม่รู้ค่ะ แต่ก็เป็นคนเดียวที่ทำเรื่องแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนตอนกลับมา แต่ก็ต้องบอกว่าตัวเองก็เป็นคนที่ตั้งทำ cell production ที่แล็บที่ MIT กับอาจารย์คนนี้คนแรกเหมือนกันก็คือ ต้องทำทุกอย่างตั้งแต่สร้างเครื่องมือ สร้างเครื่องทดสอบ สร้างเซลล์ แกะออกมาจากเปเปอร์ว่าทำยังไง ก็ทำจนสอนคนอื่นได้ต่อจนจบค่ะ

ถาม : ซึ่งต้องถือว่าเป็นผลดีต่อทั้ง MIT และประเทศไทย เพราะเห็นระบบตั้งแต่พื้นฐาน?

ตอบ: 

ใช่ค่ะ ยากลำบากนิดนึง แต่เราได้เรียนรู้ทุกอย่างเพราะไม่มีใครสอนในสมัยนั้น คือศาสตร์ด้านแบตเตอรี่เขาไม่สอนกันค่ะ คือเราจะไปหาคนสอนว่าประกอบเซลล์ทำอย่างไรก็ไม่มี อุปกรณ์ทดสอบก็ไม่ได้มีขายหลายยี่ห้อ งานวิจัยจากเมืองจีนก็ยังไม่เริ่ม การซื้อเครื่องมือก็ยังไม่มีเงินทุน เพราะอาจารย์ยังไม่เป็นที่รู้จักทางด้านแบตเตอรี่ แต่เดี๋ยวนี้อาจารย์ดังมาก เพราะอาจารย์ตั้งบริษัทประมาณ 4-5 บริษัท ซึ่งเกี่ยวกับด้านพลังงานถึง 4 บริษัท

ถาม : ระหว่างสร้างทีมมาก็ต้องใช้เวลา ในขณะเดียวกันเป็นคนแรกๆ ที่สร้างทีมก็ต้องมีวิธีการสำหรับคนที่ไม่ได้เรียนด้านนี้โดยตรงจะฝึกเขาอย่างไร อ้อยใช้วิธีอะไรในการทำงานร่วมกับนักวิจัยและผู้ช่วยนักวิจัยท่านอื่นในการสร้างทีมที่ทำงานด้านแบตเตอรี่ขึ้นมา?

ตอบ: 

จริงๆ แล้วคนที่จบด้านเซลล์เชื้อเพลิงมาก็มีค่อนข้างเยอะ เพราะช่วงแรกประเทศเราส่งคนไปเรียนเซลล์เชื้อเพลิงมาพอสมควร เพราะฉะนั้นองค์ความรู้ทางด้านนั้นก็ปรับไม่ยาก เหมือนเราทำแบตเตอรี่เราก็มาทำเซลล์เชื้อเพลิง เพราะฉะนั้นบางทีคนถามว่าถ้าเซลล์เชื้อเพลิงมาแล้วเราจะล้าสมัย (obsolete) ไปหรือเปล่า เราก็บอกว่าไม่เป็นไรเดี๋ยวเราก็ค่อยไปจับต่อ (catch up) ถ้าเซลล์เชื้อเพลิงจะมาจริงๆ คนทางเซลล์เชื้อเพลิงก็มีพื้นฐานอยู่แล้ว แล้วการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของวัสดุ เราก็เอามาประกอบกันแล้วก็แชร์ด้วยกัน

อีกอย่างหนึ่งก็คือ จริงๆ ทีมนักวิจัยที่มาอยู่ใน ENTEC ก็มีรุ่นใหม่ๆ ค่อนข้างเยอะ จบแบตเตอรี่มาก็มีหลายคนโดยตรงมี 4-5 คน รวมถึงเราก็เทรนผู้ช่วยที่มาทำงานกับเรา ในลักษณะที่เราทำงานเป็นทีมเสมอ หมายความว่า 1 โครงการมีนักวิจัยอย่างน้อย 2 คนเสมอ แล้ว 2 คนนี้ก็ไม่ได้อยู่ในศาสตร์เดียวกัน เช่น คนทำออร์แกนิก (organic) ก็จะคู่กับคนอินออร์แกนิก (inorganic) คนทำแมกคานิคอลดีไซน์ (mechanical design) ไฟฟ้า เราจะจับคู่กัน ถ้าโครงการนี้ต้องนำด้วยด้านอิเล็กโทรไลต์ออร์แกนิก (electrolyte organic) ก็ให้คนออร์แกนิก (organic) นำ คนอินออร์แกนิก (inorganic) ก็ซับพอร์ต (support) เราจะได้เรียนรู้ระบบด้วยกัน เพราะว่าในแบตเตอรี่เราไม่สามารถมองเป็นวัสดุแบบเดียวได้ หรือเป็นซิงเกิลยูนิต (single unit) ที่สแตนด์อโลน (stand-alone) เพราะแบตเตอรี่มันต้องเป็นระบบ (system)

ดังนั้นองค์ความรู้และข้อได้เปรียบของทีมเราที่ สวทช. คือเรามีคนที่มีความรู้ในหลายศาสตร์ที่มาอยู่ด้วยกันแล้วสามารถทำงานร่วมกันได้ มีโอกาสที่จะแชร์และให้ความเห็นกันตลอดเวลา

ถาม : มาโฟกัสที่แบตเตอรี่สำหรับยานยนต์ต่างๆ ต้องมีเงื่อนไขอะไรบ้างที่ทำให้คนทั่วไปเลือกซื้อยานยนต์ไฟฟ้าครับ?

ตอบ: 

ในเรื่องยานยนต์ไฟฟ้าในแง่ของผู้ใช้มองได้หลายแง่มุม ในแง่มุมของผู้ใช้ คนจะแคร์เรื่องราคามากที่สุด ปฏิเสธไม่ได้ คือราคาแล้วก็เรื่องความมั่นใจในการใช้ว่าใช้ไปแล้วมันเสียพังมีคนซ่อม ถ้าเราไปถามคนซื้อรถส่วนใหญ่ก็จะบอกว่าราคาต้องจับต้องได้ แล้วก็ศูนย์ซ่อมต้องมีใกล้ๆ ต้องสามารถที่จะซับพอร์ตเขาได้ รวมถึงเรื่องความน่าเชื่อถือ (reliability) ว่าใช้งานแล้วอยู่ดีๆ ไปตายกลางทางแล้วไม่มีที่ชาร์จ เรื่องโครงสร้างพื้นฐาน (infrastructure) แต่ต้องบอกว่าเมเจอร์หลักของการเกิดยานยนต์ไฟฟ้าหรือการใช้งานยานยนต์ไฟฟ้าเกิดมาจากราคาก่อน ความน่าเชื่อถือทุกอย่างทำได้ถ้าเราเพิ่มราคา เราดูแลมันดี เราสามารถออกแบบได้ เราใช้เงินสร้างเทคโนโลยีเพื่อมาซับพอร์ตพวกนี้ได้

เรื่องราคาลงมาเนื่องจากแบตเตอรี่ราคาต่ำลงมาเยอะเป็นเอ็กซ์โพเนนเชียลแบบ 3 เท่าภายในระยะเวลา 10 ปีหรือไม่ถึง เราจะเห็นกราฟต้นทุน (cost curves) ลงมาเยอะมากในช่วงเวลา 2-3 ปีนี้ การปรับเปลี่ยนค่อนข้างเร็วมาก ถ้าเราดูข่าวเกี่ยวกับยานยนต์ ถ้าไปอ่านข่าวสมัย 3 ปีที่แล้วก็จะไม่เหมือนกับ ณ ปัจจุบันเลย

ถาม : ในการชาร์จแบตเตอรี่เต็ม 1 ครั้ง ในสมัยก่อนอาจวิ่งได้ไม่มากนัก แต่เมื่อเวลาผ่านไปน่าจะวิ่งได้ไกลขึ้นเรื่อยๆ ในปัจจุบันวิ่งได้กี่กิโลเมตรครับ?

ตอบ: 

ถ้าเป็นแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว (pure battery electric vehicle) คือไม่มีเครื่องยนต์เลยก็ประมาณ 300-500 กิโลเมตร ซึ่งเฉลี่ยของคนกรุงเทพขับรถประมาณ 40 กิโลเมตรต่อวันซึ่งมันก็ไม่ได้เยอะ เพียงแต่ขับต่างจังหวัด เช่น ไปเชียงใหม่ 700 กิโลเมตรก็ต้องมีจุดชาร์จ ก็ยังมีความกังวล แต่น่าจะเป็นเรื่องของการสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่เพียงพอให้เขามีความมั่นใจมากขึ้น อาจชาร์จ 1-2 ครั้ง และระยะเวลาในการชาร์จด้วย บางคนกังวลว่าต้องชาร์จนานไหมเพราะว่าเติมน้ำมันแค่ 2 นาที แต่ถ้าชาร์จแบตฯ ตอนนี้ชาร์จจริงๆ ก็ครึ่งชั่วโมง ถ้าใช้ระบบชาร์จเร็ว (fast charge) หรือชาร์จไม่เต็มอาจใช้เวลา 15 นาทีก็วิ่งได้ 100-200 กิโลเมตร ซึ่งเพียงพอไหมอันนี้ก็เป็นเรื่องของการสื่อสารของนักเทคโนโลยีอย่างเราว่าจริงๆ แล้วเป็นข้อน่ากังวลขนาดไหนนะคะ

สถานีชาร์จไฟในปั๊มน้ำมัน

ถาม : มีความเป็นไปได้แค่ไหนที่จะเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ให้สามารถวิ่งได้ระยะทางที่มากกว่า 300-500 กิโลเมตรครับ?

ตอบ: 

ความจุของแบตเตอรี่ขึ้นกับน้ำหนักและขนาดรถที่จะสามารถรองรับปริมาณของเซลล์แบตเตอรี่ ถ้ามีจำนวนเซลล์มากก็วิ่งไปได้ไกลมากแต่น้ำหนักกับราคาก็จะสูงขึ้นด้วย เพราะฉะนั้นเวลาที่ออกแบบรถก็ต้องดูความต้องการ (requirement) ก็เป็นช่องว่าง (gap) ของการใช้งานว่าระยะทางเทียบกับราคาที่ลูกค้ายอมจ่าย เทียบกับน้ำหนักของรถที่ต้องแบกรับไปตลอดเวลา ซึ่งจะมีเรื่องของประสิทธิภาพพลังงานว่าเป็นอย่างไร

ถาม : แม้ปัจจุบันสถานีชาร์จไฟ (charging station) เริ่มมีในห้างสรรพสินค้าบางแห่งแล้ว แต่ถ้ามองในภาพรวมอาจยังมีจำนวนจำกัด รัฐบาลหรืออุตสาหกรรมมีนโยบายที่จะเพิ่มจำนวนสถานีชาร์จไฟให้มากขึ้นเพื่อทำให้เกิดความมั่นใจในการใช้รถไฟฟ้าหรือไม่ครับ?

ตอบ: 

เรื่องสถานีชาร์จไฟก็เป็นไก่กับไข่ ถ้ามีรถเยอะจำนวนสถานีชาร์จไฟก็จะมีเยอะ แต่จริงๆ แล้วเรื่องของสถานีชาร์จไฟเขาก็วางแผนกันไว้ให้มี 1000 แห่งทั่วประเทศรวมสถานีชาร์จแบบเร็วด้วย คือถ้าเป็นทางหลวงก็แทนน้ำมันจะสร้างความมั่นใจได้ระดับหนึ่ง

สถานีชาร์จไฟในปั๊มน้ำมัน

การชาร์จไฟที่บ้านก็คงไม่มีปัญหาอะไรหรือชาร์จที่โรงแรมก็คงต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐาน หรือรวมเข้าไปอยู่ในกฎหมายอาคาร (building code) ในการสร้างโรงแรมหรือคอนโดมิเนียมอย่างในประเทศอังกฤษที่มีการบังคับใช้ทุกที่แล้วว่าถ้าจะสร้างบ้านใหม่ต้องมี ซึ่งตอนนี้อยู่ในคณะกรรมการอุตสาหกรรมยานยนต์แห่งชาติที่ดูการปรับเปลี่ยนไปสู่อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าก็ต้องดูเรื่องนี้เหมือนกัน

ถาม : ตอนนี้แผนดังกล่าวออกมาชัดเจนหรือยังครับ หรือประมาณคร่าวๆ ได้ไหมว่าแผนจะออกภายในปีไหนเพื่อทำให้คนเกิดความมั่นใจ?

ตอบ: 

ยังค่ะ ตอนนี้กำลังอยู่ในช่วงทำงานกันอยู่ แต่แผนน่าจะออกประมาณปลายปี 2564 ส่วนตัวเราไม่ได้เป็นผู้ที่มีอำนาจสูงสุดในการตัดสินใจ แต่ในฐานะเป็นหนึ่งในคณะทำงานด้วย เราก็อยู่ในวงการและมองเรื่องนี้มาโดยตลอดก็หวังว่าภายในปีนี้จะต้องตัดสินใจแล้วเพราะว่าการปรับเปลี่ยนเร็วมาก ถ้าเราใช้เวลาวางแผนนานไป เราก็ต้องอัปเดตแผนของเราต่อไปเรื่อยๆ เพราะฉะนั้น เราต้องลงมือ (into action) อย่างรวดเร็ว เพราะยุคนี้การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นเร็วมาก เราอาจสูญเสียโอกาสอย่างมหาศาล

ถาม : ถ้ามองเทสลา (Tesla) ซึ่งเน้นไปที่การผลิตรถหรูให้แก่กลุ่มลูกค้าที่มีกำลังซื้อสูงก่อน แล้วจึงขยายธุรกิจโดยการสร้างโรงงานแบตเตอรี่เพราะแบตเตอรี่เป็นหัวใจของรถไฟฟ้า ส่วนประเทศที่สนับสนุนให้ใช้รถไฟฟ้ามากๆ อย่างประเทศจีนที่ต้องการให้เมืองทั้งเมืองเปลี่ยนจากรถเครื่องยนต์สันดาปมาเป็นรถไฟฟ้า ดูเหมือนจะเป็นโมเดลที่สวนทางกัน สำหรับประเทศไทยจะเป็นโมเดลแบบไหน หรือมีกรณีศึกษาอื่นไหมที่เราอาจเรียนรู้ได้ครับ?

ตอบ: 

นี่เป็นเรื่องของวิสัยทัศน์ (vision) ของการมองอุตสาหกรรมใหม่ (new s-curve) คือต้องมองที่เป้าใหญ่ เทสลามองว่าเขาอยากใช้และผลิตรถไฟฟ้าเพราะเชื่อว่ารถไฟฟ้าต้องมา แต่เขาก็ไม่ได้มาก่อนกาล มีหลายยี่ห้อที่ทำรถไฟฟ้ามาแล้วแต่มาก่อนกาล ก่อนกาลอย่างไร ก่อนกาลที่ว่ากราฟต้นทุนของ แบตเตอรี่ (cost curve) ยังไม่ลงและเทคโนโลยียังไม่ถึง

เทสลามีสายป่านยาวพอที่จะรอให้ราคาแบตเตอรี่ลง เขาเริ่มต้นจากโมเดลการทำรถไฟฟ้าไฮเอนด์ (high-end) เพราะรถไฟฟ้าเรารู้อยู่แล้วว่าสามารถให้แรงบิด (torque) สูงและมีอัตราการเพิ่มความเร็ว (acceleration) ในระดับรถแข่งที่เร่งได้อย่างรวดเร็วก็ขายด้วยราคาแพงได้ คนไม่จำเป็นต้องพึ่งพา (rely on) รถนี้ตลอดเวลา ไม่ได้เป็นรถคันเดียว ไม่ได้มี reliability สูงมากในการที่รถคันนี้เกิดใช้ไม่ได้ขึ้นมา ไม่ได้สำหรับคนปกติทั่วไป อันนั้นเป็นความคิดที่ตั้งใจจะทำรถไฟฟ้าจริงๆ

ส่วนเมืองจีน อุตสาหกรรมรถไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการที่แบตเตอรี่มีความปลอดภัยมากขึ้น เพราะเมื่อก่อนถ้าแบตเตอรี่ไม่มีความปลอดภัยจะไม่สามารถอยู่ในรถได้ ซึ่งอันนั้นคือการพัฒนาทางเคมีที่ผู้ได้รับรางวัลโนเบลทั้งหลายได้คิดแล้วมันทำให้แบตเตอรี่มีความปลอดภัย นอกจากปลอดภัยแล้วยังจุได้เยอะขึ้น ราคาถูกลง เพราะฉะนั้นตัวที่เริ่มมาก่อให้เกิดยานยนต์ไฟฟ้าเยอะๆ มันก็เริ่มเกิดขึ้นประมาณที่เกิดการพัฒนาตัววัสดุแบตเตอรี่ที่หลากหลาย

10 ปีแรก 1992-2002 ตอนที่จบมา แบตเตอรี่ใช้วัสดุขั้วแคโทดแค่ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ (lithium cobalt oxide, LCO) อย่างเดียว ซึ่งสามารถปลดปล่อยพลังงานได้สูงคือมีความอันตรายสูง จึงใช้ในระดับเล็กๆ แต่พอหลังจากปีนั้นก็มีวัสดุต่างๆ เพิ่มขึ้นมากมาย เช่น ลิเทียมไอร์ออนฟอสเฟต (lithium iron phosphate, LFP) ลิเทียมไอออนแมงกานีสออกไซด์ (lithium ion manganese oxide, LMO) ลิเทียมนิกเกิลแมงกานีสออกไซด์ (lithium nickel manganese oxide, LNMO) ต่างๆ ซึ่งมีความปลอดภัยมากขึ้นคนก็เลยกล้าที่จะนำไปใส่ในรถ

อย่างในจีนอุตสาหกรรมเริ่มแรกอย่างบริษัท BYD (BYD Auto Co., Ltd.) ที่เราพอรู้จักกันอยู่ว่าผลิตรถไฟฟ้า อย่างตอนแรกเริ่มจากรถบัสไฟฟ้า แล้วก็เริ่มผลิตเป็นรถแทกซี่ไฟฟ้าที่วิ่งที่สุวรรณภูมิ เขาเริ่มผลิตจาก LFP ตอนแรกเขาเป็น OEM (Original Equipment Manufacturer) ให้กับบริษัทอื่นๆ แต่สุดท้ายก็ตัดสินใจจากการเป็นบริษัทแบตเตอรี่มาผลิตรถ คือเขาเริ่มมาคนละแบบ เทสลามองว่าเขาเป็นผู้ผลิตรถแล้วก็ซื้อแบตเตอรี่ แล้วก็มาออกแบบแพ็กแบตเตอรี่ใส่ในรถ แต่ BYD เริ่มมาจากแบตเตอรี่ก่อน แล้วค่อยคิดว่าตัวเองก็เป็นผู้ผลิตรถได้

เทสลาเองก็พูดว่าคู่แข่งของเทสลาไม่ใช่บริษัทรถยนต์ แต่เป็นแอปเปิ้ล (Apple) หรือ กูเกิล (Google) มันจะเป็นหลายแนว การที่สร้างอุตสาหกรรมใหม่มาจากรถ แต่รถเครื่องยนต์สันดาปมาจากรถที่เป็นยานยนต์พวกแบตเตอรี่ แต่ต่อไปจะกลายเป็นเรื่องของการทำดิจิไทเซชัน (digitization) การบริหารจัดการทั้งโครงข่าย (network) รวมถึงพลังงานด้วย ก็จะเปลี่ยนเร็วมากในเรื่องของอุตสาหกรรมยานยนต์

ถาม : อ้อยมีคอมเม้นต์เกี่ยวกับเรื่องไฮบริดไหม เพราะว่าบางบริษัทอาจมองว่ารถไฟฟ้ายังเป็นเรื่องปลายทาง แต่ระหว่างทางในช่วงเปลี่ยนผ่าน 5-10 ปีนี้โดยประมาณอาจเปลี่ยนเป็นรถยนต์ไฮบริดไปก่อนเพราะโครงสร้างพื้นฐานยังไม่พร้อม เพราะบ้านเราก็มีใช้เหมือนกัน?

ตอบ: 

บ้านเราก็ให้การสนับสนุนการผลิตรถยนต์ไฮบริดด้วยเหมือนกัน ทั้งเรื่องภาษี ณ ช่วงเวลาที่ผ่านมาไฮบริดก็เป็นทรานซิชัน ไฮบริดมีคนใช้ด้วยเหตุผลของสิ่งแวดล้อมเป็นหลัก คือมันช่วยในการลดมลภาวะโดยรวมทำให้เกิด EURO efficiency ที่ดี ซึ่งเป็นข้อบังคับ (mandate) หรือข้อกำหนด(requirement) ของหลายๆ ประเทศ เช่น ยุโรป หรือ อเมริกาที่ต้องการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่ำ เพราะฉะนั้น รถไฮบริดก็เข้ามาช่วย แต่ตอนนั้นคนยังไม่ได้มองว่าราคาแบตเตอรี่จะลงได้เร็วขนาดนี้ แล้ววิวัฒนาการการพัฒนาแบตเตอรี่ได้เร็วขนาดนี้
ด้วยเหตุผลของการทุ่มกำลังในการวิจัยและพัฒนาเพื่อให้ลดราคากับเพิ่มประสิทธิภาพอย่างรวดเร็วทั่วโลก ตอนแรกไม่ได้มีเพลเยอร์ (player) เยอะ แต่ตอนนี้พอจีนเริ่มรุกตลาด จีนก็มองเห็นจากที่ไม่เคยอยู่ในอุตสาหกรรมยานยนต์เลย เขาจะเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมยานยนต์ เขาตั้งบริษัทขึ้นมาได้ง่ายมาก เขามีครบทั้งห่วงโซ่คุณค่า (value chain) ทั้งหมดภายในประเทศจึงสามารถสร้างอุตสาหกรรมใหม่ได้เลยในระยะเวลาไม่กี่ปี

ถาม : เพราะฉะนั้นในช่วงทรานซิชันที่ไฮบริดยังมีตลาดอยู่น่าจะสั้นลง เนื่องจากการพัฒนาแบตเตอรี่ทั้งเรื่องเทคโนโลยีที่ดีขึ้น ความจุสูงขึ้น ราคาลดลง?

ตอบ: 

ค่ะ จริงๆ แล้วสุดท้ายไฮบริดก็จะแพงกว่าแบตเตอรี่ล้วน ด้วยเหตุผลที่มีทั้งเครื่องยนต์และแบตเตอรี่ มีทั้ง 2 ระบบ เพราะฉะนั้นจึงไม่คุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ การที่ราคาแบตเตอรี่ลงมาอย่างมากจากการทุ่มเทด้านวิจัยพัฒนากับการสร้างตลาดอย่างรวดเร็ว การสร้างอุปสงค์ (demand) อย่างรวดเร็วด้วยการสนับสนุนจากภาครัฐหลายๆ ที่ ไม่ว่าจะเป็นยุโรป หรือจีน ก่อให้เกิดตลาดการประหยัดจากขนาด (economy of scale) ทำให้ราคาแบตเตอรี่ลดลง ราคารถยนต์ไฟฟ้าก็ลดลงอย่างรวดเร็วเกินกว่าที่ทุกคนคาดไว้

ถาม : ทีมวิจัยเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงานมีบทบาทในส่วนไหนในห่วงโซ่คุณค่าของรถไฟฟ้าครับ?

ตอบ: 

การอยู่ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ โดยที่เราเป็นนักเทคโนโลยี งานหลักของเราก็น่าจะเป็นการวิจัยและพัฒนาในห่วงโซ่คุณค่า ซึ่งในส่วนของทีมคือ ระบบกักเก็บพลังงาน ซึ่งอาจเป็นแบตเตอรี่ หรือตัวเก็บประจุยิ่งยวด (supercapacitor) หรือต่อไปอาจเป็นระบบกักเก็บไฮโดรเจน หรืออะไรก็แล้วแต่ก็ยังเป็นส่วนนั้น

แบตเตอรี่ต้นแบบสำหรับรถยนต์นั่งไฟฟ้า

แต่เราก็หลีกเลี่ยงไม่ได้เวลาที่เราทำงานกับภาคอุตสาหกรรม ในฐานะที่เราเป็นกลุ่มคนที่มีความเชี่ยวชาญทางด้านนี้ก็ต้องไปช่วยให้คำแนะนำด้านนโยบาย (policy recommendation) ด้วยในบางงาน ซึ่งเราก็จะมีโครงการในด้านนี้ด้วยที่ไปช่วยภาครัฐในการศึกษาในบางส่วนของเทคโนโลยี อินทิเกรตเทคโนโลยีเข้าไปในแอปพลิเคชันอย่างเช่น ในทีมก็จะมีกลุ่ม ดร.จิราวรรณ [5] ทำพวกอินทิเกรตไปในกลุ่มของพลังงานทดแทน ( renewable) พวกโซลาร์ ระบบไฟฟ้า ระบบไมโครกริด (microgrid) ซึ่งจะใช้แบตเตอรี่เข้าไปอย่างไรถึงจะคุ้มค่า ซึ่งในทีมวิจัยเข้าใจเรื่องสมรรถนะ (performance) กับต้นทุน (cost) เสมอ ถ้าเราคิดไม่ได้ครบถ้วนพอ เราก็มีพันธมิตร (partner) โครงการบางส่วนเราเคยทำกับ TDRI (สถาบันวิจัยเพื่อการพัฒนาประเทศ) มาดูเรื่องเศรษฐศาสตร์ เราทำกับกลุ่มที่คำนวณด้านเศรษฐศาสตร์

[5] ดร.จิราวรรณ มงคลธนทรรศ นักวิจัย ทีมวิจัยเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงาน กลุ่มวิจัยนวัตกรรมพลังงาน

ถาม : ดร.พิมพา ยังเป็นนายกสมาคมเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงานไทย (TESTA, Thailand Energy Storage Technology Association) ด้วย ช่วยเล่าให้ฟังว่าสมาคมนี้มีบทบาทอย่างไรครับ?

ตอบ: 

สมาคมเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงานไทยเพิ่งตั้งปีนี้ (พ.ศ. 2564) แต่ภาคีเครือข่ายเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงานไทยเริ่มก่อตั้งเมื่อปีที่แล้ว จริงๆ ร่วมมือกันมาตั้งแต่ปีก่อนโน้น แต่ด้วยความที่ว่าเราต้องการคนทำงานค่อนข้างเยอะ แต่ในที่สุดก็รวบรวมจากภาคีเครือข่ายก็เป็นความร่วมมือระหว่างสวทช. (สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์แห่งชาติ) มจธ. (มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี.) มข. (มหาวิทยาลัยขอนแก่น) มจพ. (มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ) และสมาคมยานยนต์ไฟฟ้าไทย (EVAT) ด้วย

เว็บไซต์ของสมาคมเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงานไทย
(TESTA, Thailand Energy Storage Technology Association): https://www.testa.or.th/

เนื่องจากมีเรื่องของการผลักดันเรื่องอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าค่อนข้างเยอะ และเรื่องของการใช้งานแบตเตอรี่เข้ามาค่อนข้างเยอะในประเทศของเราเอง เราน่าจะร่วมมือกันในการแลกเปลี่ยนความรู้ อย่างน้อยก็ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์และให้ข้อมูลที่ค่อนข้างเชื่อถือได้ทางวิชาการแก่คนทั่วไปในการดำเนินการ หรือตัดสินใจเรื่องการใช้หรือการลงทุนทางเทคโนโลยีต่างๆ ก็เกิดเป็นเครือข่ายขึ้นมาก่อน ด้วยลักษณะของการบริหารจัดการเราก็เริ่มจดทะเบียนเป็นสมาคมซึ่งได้ก่อตั้งเมื่อ 25 มกราคมนี้เอง เราอยากให้เป็นคอมมอนแพลตฟอร์มที่เราจะสามารถพูดคุยกันได้ แลกเปลี่ยน เข้าใจว่าจริงๆ แล้วข้อมูลพวกนี้เราน่าจะเป็นตัวกลางในการส่งถึงหน่วยงานต่างๆ หรือสามารถที่จะแลกเปลี่ยนข้อมูลในกลุ่มผู้ที่สนใจทางด้านนี้ เพราะมันกำลังฮอต ถ้าใครมีอะไรก็มาช่วยกันแชร์จะได้ได้ข้อมูลกันอย่างรวดเร็วและทันการณ์ (up to date) 

ถาม : แสดงว่าเรามีอุตสาหกรรมอยู่ เรามีนโยบายระดับชาติอยู่ เรามี ENTEC ที่โฟกัสเรื่องงานวิจัยพัฒนาเป็นหลัก และอาจทำเรื่องอื่นด้วย ขณะเดียวกัน TESTA เป็นศูนย์รวมของผู้มีส่วนได้ส่วนเสียทั้งหมดที่จะร่วมกันเผยแพร่ผลักดันนโยบายต่างๆ ที่มีประโยชน์หรือเปล่าครับ?

ตอบ: 

อันนี้คือวิสัยทัศน์และพันธกิจของเราด้วย เราอยากเป็นศูนย์รวมของการแลกเปลี่ยนองค์ความรู้และเผยแพร่ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ และบางส่วนเป็นการให้ข้อมูลในระดับภาครัฐ ที่ไม่ใช่มาจากแค่นักวิชาการ อย่างเราก็เป็นนักวิชาการ เราอยากเข้าใจมุมมองอุตสาหกรรมด้วยว่าปัญหาที่เกิดขึ้นคืออะไร เพราะโจทย์ของการวิจัยไม่ใช่แค่ว่าเราคิดแล้วเราจะล้ำ แต่ว่าจริงๆ แล้วมันต้องเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นจริง (real life problem) หรือเป็นเรื่องของวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ (practical engineering) ที่มันอาจไปสู่วิทยาศาสตร์เชิงลึกได้ (deep science) แต่ว่านักวิชาการมีหน้าที่ช่วยกันดูว่า ผู้ใช้เป็นผู้ให้ข้อมูล ส่วนผู้ผลิตเป็นผู้ให้ข้อมูลปัญหาพวกนี้ และนักวิชาการมีหน้าที่ช่วยกันเติมช่องว่างนี้ด้วยกันทั้งหมด 

ผู้ฟังคงมั่นใจได้เลยว่า เรามีความรู้ทางวิชาการที่เกิดจากการวิจัยและพัฒนาโดยร่วมกับภาคอุตสาหกรรมที่ผลิตจริง และภาครัฐที่นำเสนอนโยบายหรือชี้ทิศทางต่างๆ ทั้ง TESTA และ ENTEC ทำงานเพื่อให้สาธารณชนรับทราบความเคลื่อนไหวของสถานภาพและทิศทางต่างๆ ที่เกิดขึ้น เรียกได้ว่าตอบโจทย์หลายระดับทั้งการวิจัยและพัฒนาที่ลงลึก ด้านนโยบาย และอื่นๆ audience can be assured that ENTEC have strong technical expertise that comes from research and development in collaboration with the manufacturing sector. Both TESTA and ENTEC are working to make the public be aware of the movements of the status and the different directions that are taking place, which can be considered to answer the needs of many levels, such as in-depth research and development, policy and others.

เราก็ช่วยๆ กัน เพราะในฐานะที่เป็นคนไทยและเป็นประชากรโลก ในส่วนของพลังงานเป็นเรื่องสำคัญ พวกเราที่ ENTEC ตระหนักในเรื่องนี้ดี รู้สึกดีใจที่มีโอกาสได้ทำงานในหลายแง่มุมเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดต่อสังคมค่ะ

วันนี้ขอบคุณ ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล มากครับที่มาให้ข้อมูลแก่เรา และหากมีโอกาสขอเชิญกลับมารายการก่อ กอง Science อีกครั้งเพื่อพูดคุยในเชิงลึกบางแง่มุมที่เป็นประเด็นที่คนทั่วไปสนใจ สำหรับครั้งหน้าจะมีนักวิจัยจาก ENTEC มาให้ข้อมูลในมิติที่แต่ละท่านมีความเชี่ยวชาญครับnd if there will be an opportunity in the future, we would like to invite her to share and discuss some in-depth aspects or other interesting issues. For the next episode, there will be researchers from ENTEC to provide information on various dimensions.

ผู้ที่สนใจรายการนี้ในรูปแบบพอดแคสต์ (podcast) สามารถรับฟังได้ที่

]]>
ENTEC had joined an online seminar “Opportunities and Challenges of science, research, and innovation in driving Thailand to become the production center of ASEAN’s electric vehicle technology by 2025” https://www.entec.or.th/th/news-online-seminar-electric-vehicle-technology/ Mon, 30 Aug 2021 05:17:30 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=5806

วันที่ 25 สิงหาคม 2564 ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ (ENTEC) เข้าร่วมงานเสวนา Online หัวข้อ “โอกาสและความท้าทายของ ววน. เพื่อขับเคลื่อนประเทศไทยสู่การเป็นศูนย์กลางการผลิตเทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้าของอาเซียนในปี 2025” ภายใต้ “โครงการการจัดการความรู้เพื่อพัฒนาระบบวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (ววน.) สาขายานยนต์สมัยใหม่” จัดโดยสำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรรม (สกสว.)

ภายในงานได้ระดมผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้าระดับแนวหน้าของประเทศ ประกอบด้วย คุณชาญยุทธ ฉายาวัฒนะ รองประธานเจ้าหน้าที่บริหาร บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน) , คุณรสยา เธียรวรรณ รองกรรมการผู้จัดการใหญ่พัฒนาธุรกิจ บริษัท โกลบอล เพาเวอร์ ซินเนอร์ยี่ จำกัด (มหาชน), ดร.วิกรม อาฮูยา กรรมการผู้จัดการ บริษัท เอดิสัน มอเตอร์ จำกัด, ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล สมาคมเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงานไทย (TESTA) , ดร.เอกรัตน์ ไวย์นิตย์ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) และ ดร.นุวงศ์ ชลคุป ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ โดยมี ดร.จักรพงศ์ พงศ์ธไนศวรรย์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นผู้ดำเนินรายการ

]]>
Everything You Need to Know about Batteries https://www.entec.or.th/th/knowledge-batteries/ Mon, 19 Jul 2021 07:24:58 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=5543

ดร.อุกฤษฎ์ สหพัฒน์สมบัติ, ดร.ธัญญา แพรวพิพัฒน์, ดร.จิราวรรณ มงคลธนทรรศ, ดร.เปรียว เอี่ยมละมัย,
ดร.ณัฐนัย คุณานุสนธิ์ และ ดร.พิมพา ลิ้มทองกุล

ทีมวิจัยเทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงาน
กลุ่มวิจัยนวัตกรรมพลังงาน ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ

ภาพรวม

ถาม : แบตเตอรี่ที่ใช้งานในปัจจุบันมีกี่ประเภท และการใช้งานต่างกันเช่นใดบ้าง?

ตอบ:

แบตเตอรี่แบ่งเป็น 2 ประเภทหลัก คือ

1) แบตเตอรี่แบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง หรือ แบตเตอรี่ชนิดปฐมภูมิ (primary batteries)

2) แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟใหม่ได้ หรือ แบตเตอรี่ชนิดทุติยภูมิ (rechargeable batteries)

แบตเตอรี่แบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง เมื่อปฏิกิริยาเคมีเกิดไปบ้างแล้ว (ปฏิกิริยารีดักชันที่ขั้วบวกและปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ขั้วลบ) จะไม่สามารถเกิดย้อนกลับได้จึงใช้ได้เพียงครั้งเดียว ส่วนแบตเตอรี่ที่ชาร์จไฟใหม่ได้ ปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวจะเกิดขึ้นเมื่อแบตเตอรี่จ่ายกระแสไฟฟ้า (ดิสชาร์จแบตเตอรี่) และสามารถย้อนกลับได้เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แบตเตอรี่ (ชาร์จแบตเตอรี่) แบตเตอรี่ชนิดนี้จึงสามารถใช้งานและชาร์จใหม่ได้หลายครั้ง

ถาม : แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟใหม่ได้ ที่ใช้งานในปัจจุบันมีกี่ประเภท และการใช้งานต่างกันเช่นใดบ้าง?

ตอบ:

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟใหม่ได้มีหลายสิบชนิด มีทั้งขนาดเล็กจิ๋ว บางเฉียบเท่าเส้นผม หรือใหญ่กว่ารถบรรทุก แต่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระดับการค้านั้นมีอยู่ไม่เพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น เช่น แบตเตอรี่กรดตะกั่ว แบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน แบตเตอรี่โซเดียมซัลเฟอร์ และแบตเตอรี่ที่มีการไหลของส่วนเก็บพลังงาน ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 : แบตเตอรี่ที่ใช้งานในปัจจุบัน

ถาม : แนวทางของการพัฒนาแบตเตอรี่แต่ละประเภทในอนาคตจะเป็นอย่างไร ?

ตอบ:

โดยทั่วไปแล้ว แนวทางในการพัฒนาแบตเตอรี่ คือ ต้องการแบตเตอรี่ที่มีพลังงานไฟฟ้าต่อน้ำหนักหรือปริมาตรสูงขึ้น กำลังไฟฟ้าต่อน้ำหนักหรือปริมาตรสูงขึ้น ราคาต่ำลง และมีความปลอดภัยสูงมากขึ้น จากกราฟในรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าทิศทางแนวโน้มของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ได้มีการพัฒนาไปในทางที่มีพลังงานไฟฟ้าหรือกำลังไฟฟ้ามากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเทียม-ซัลเฟอร์ แบตเตอรี่ลิเทียม-แอร์ แบตเตอรี่สังกะสี แบตเตอรี่อะลูมิเนียม และแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนแบบของแข็ง [1]  [1]

นอกจากนี้ แนวทางพัฒนายังรวมถึงการปรับปรุงวัสดุ เช่น วัสดุขั้วบวก วัสดุขั้วลบ สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้งานในปัจจุบันมีพลังงานไฟฟ้าและกำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้น พร้อมทั้งสามารถใช้งานที่ช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นได้อีกด้วย

รูปที่ 1 พลังงานไฟฟ้าของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ใช้งานในปัจจุบันและแบตเตอรี่ที่อยู่ในช่วงพัฒนา

ถาม : การใช้มือถือในขณะที่กำลังชาร์จแบตเตอรี่เหมาะสมหรือไม่ เพราะเหตุใด?

ตอบ:

การใช้มือถือในขณะที่กำลังชาร์จสามารถทำได้แต่ไม่เหมาะสมนัก  [2] เนื่องจากเหตุผลเรื่องความปลอดภัย [2] การใช้มือถือขณะชาร์จจากไฟบ้านหรือไฟ 220 โวลต์อาจเกิดอันตรายจากไฟฟ้าดูดหรือรั่วได้ อย่างไรก็ตามอันตรายนี้ไม่ได้เกิดจากมือถือหรือแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวเท่านั้น อุปกรณ์ไฟฟ้าในบ้านก็มีโอกาสเกิดไฟรั่วได้ทั้งนั้นขึ้นกับคุณภาพของอุปกรณ์นั้นๆ และมาตรการป้องกัน

สาเหตุที่ทำให้ผู้ใช้มือถือขณะชาร์จถูกไฟฟ้าดูดอาจเกิดได้จาก

1. หัวชาร์จชำรุดหรือไม่ได้คุณภาพ คุณภาพ หัวชาร์จ (adapter) มีหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์ให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงระดับแรงดันไม่เกิน 5 โวลต์ อีกทั้งยังกันไฟฟ้า 220 โวลต์ไม่ให้ส่งถึงผู้ใช้งานได้ แต่ถ้าหัวชาร์จชำรุดหรือไม่ได้คุณภาพทำให้ไฟฟ้ารั่ว และเมื่อผู้ใช้ไปสัมผัสอาจเกิดอันตรายได้

2. สายชาร์จไม่ได้คุณภาพ เมื่อใช้งานไประยะหนึ่งและเกิดการชำรุดฉีกขาดอาจเสี่ยงต่อการลุกไหม้ หรือเมื่อผู้ใช้มือถือสัมผัสสายชาร์จขณะใช้งานก็อาจเกิดอันตรายจากไฟรั่วได้

ดังนั้นการใช้มือถือขณะชาร์จอาจไม่ปลอดภัย จึงควรหลีกเลี่ยง หากจำเป็นต้องชาร์จขณะใช้งานอาจพิจารณาใช้แบตเตอรี่สำรอง (power bank) ชาร์จแบตเตอรี่มือถือแทน

นอกจากนี้ การใช้มือถือในขณะที่กำลังชาร์จแบตเตอรี่อาจมีผลต่ออายุการใช้งานได้จากความร้อนที่เกิดขึ้นด้วย เนื่องจากเมื่อชาร์จแบตเตอรี่จะมีความร้อนเกิดขึ้น และเมื่อใช้งานขณะชาร์จก็จะทำให้เกิดความร้อนมากกว่าปกติ ซึ่งความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วขึ้น ดังนั้นหากต้องการถนอมแบตเตอรี่จึงไม่ควรใช้แบตเตอรี่ขณะชาร์จไฟ

ถาม : การชาร์จแบตเตอรี่บ่อยๆ หรือชาร์จเมื่อแบตฯหมด หรือชาร์จข้ามคืน ส่งผลอย่างไรต่ออายุการใช้งาน และควรชาร์จอย่างไรจึงเป็นการถนอมแบตเตอรี่?

ตอบ:

There are various types of batteries, each has its own characteristics and should be treated appropriately.
หากเป็นแบตเตอรี่กรดตะกั่วควรดูแลให้แบตเตอรี่อยู่ในสถานะที่เต็มอยู่เสมอ

สำหรับแบตเตอรี่ประเภทนิกเกิลแคดเมียม หรือนิกเกิลเมทัลไฮไดร์ดไม่ควรชาร์จแบตฯ บ่อยนัก ควรใช้ให้ใกล้หมดแล้วค่อยชาร์จ แต่ควรดูแลแบตเตอรี่ให้ชาร์จเต็มอยู่สม่ำเสมอ

สำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน อุปกรณ์สำหรับชาร์จแบตฯ จะชาร์จด้วยกระแสไฟฟ้าที่กำหนดด้วยค่าคงที่ และในบางอุปกรณ์ชาร์จเมื่อแบตเตอรี่ใกล้เต็ม (>80-90%) อุปกรณ์ควบคุมจะลดกระแสไฟฟ้าด้วยการชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้าคงที่จนแบตเตอรี่เต็ม ในทางทฤษฎีช่วงการทำงานที่เหมาะสมที่ยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคือ 20-80% ดังนั้น หากต้องการยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนสามารถปฏิบัติดังนี้

  • ไม่ควรใช้แบตเตอรี่จนหมด เพราะจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วขึ้น
  • การชาร์จแบตเตอรี่ทิ้งไว้ข้ามคืนจะมีผลต่ออายุการใช้งานบ้างเล็กน้อยถึงน้อยมาก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และระบบในการชาร์จ
  • การชาร์จแบตเตอรี่จนเต็มแล้วทิ้งไว้เป็นระยะเวลานานโดยไม่ใช้งานจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็วขึ้น ดังนั้น ถ้าไม่ได้ใช้งานเป็นระยะเวลานานควรชาร์จแบตเตอรี่ไว้เพียงครึ่งเดียว แต่ถ้าใช้งานเป็นประจำสามารถชาร์จแบตฯ ให้เต็มได้ แต่ควรใช้และชาร์จแบตเตอรี่สลับไปมาอย่างเหมาะสม โดยไม่จำเป็นต้องให้แบตเตอรี่อยู่ในสถานะที่เต็มอยู่ตลอดเวลา
  • ไม่ควรชาร์จแบตฯ และใช้งานพร้อมกัน

ปัจจัยที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่คือ อุณหภูมิ กระแส และแรงดันในการชาร์จ ดังนั้นการชาร์จแบตเตอรี่ให้ปลอดภัย และถนอมแบตเตอรี่มีข้อแนะนำดังนี้

  • เลือกใช้อุปกรณ์ชาร์จให้เหมาะสมกับแบตเตอรี่ โดยเลือกใช้อุปกรณ์ชาร์จที่ได้รับการรับรองว่าใช้กับอุปกรณ์นั้นๆ โดยเฉพาะ
  • ไม่ควรใช้อุปกรณ์ที่ห่อหุ้ม (เช่น เคสมือถือ) ที่ไม่สามารถระบายความร้อนได้ หรือหากจะใช้ควรเลือกใช้อุปกรณ์ห่อหุ้มที่สามารถระบายความร้อนได้บ้าง และไม่ควรวางอุปกรณ์พร้อมแบตเตอรี่ที่กำลังชาร์จในพื้นที่ปิดหรือไม่มีการระบายความร้อน เช่น ใต้หมอน ใต้ผ้าห่ม ฯลฯ
  • ไม่ชาร์จแบตเตอรี่ในสถานที่ที่มีความร้อนสูง เช่น ชาร์จทิ้งไว้กลางแดด

ถาม : สัญญาณที่บ่งชี้ว่าแบตเตอรี่เริ่มเสื่อมมีอะไรบ้าง?

ตอบ:

  • จำนวนชั่วโมงในการใช้งานลดลง:
    การเสื่อมของแบตเตอรี่หมายถึงความจุของแบตเตอรี่ลดลง พลังงานที่สามารถใช้งานได้ต่อการชาร์จแบตเตอรี่เต็มน้อยลง สิ่งที่สังเกตได้คือ เมื่อใช้อุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มไประยะหนึ่งจะสามารถใช้งานในลักษณะเดิมได้เป็นระยะเวลาที่น้อยลง
  • ความร้อนของแบตเตอรี่สูงขึ้น:
    เมื่อแบตเตอรี่เสื่อมความต้านทานภายในตัวแบตเตอรี่จะสูงขึ้น นั่นคือความร้อนจะเกิดขึ้นมากกว่าแบตเตอรี่ใหม่ที่กระแสเท่ากัน ดังนั้นเมื่อแบตเตอรี่เริ่มเสื่อมผู้ใช้จะรู้สึกว่าเกิดความร้อนขณะใช้มือถือ
  • แบตเตอรี่มีลักษณะผิดแปลกไปจากเดิม:
    เมื่อสารเคมีหรือวัสดุภายในแบตเตอรี่เสื่อม อาจทำให้เกิดแก๊สสะสมภายในแบตเตอรี่ ส่งผลให้แบตเตอรี่เกิดอาการบวมได้ ซึ่งหากบวมมากก็อาจทำให้เคสเกิดรอยรั่วและทำให้อิเล็กโทรไลต์รั่วซึมออกมาภายนอก

ถาม : แบตเตอรี่เน่าเกิดจากอะไร ป้องกันได้อย่างไร ของเหลวหนืดๆ เยิ้มๆ เป็นอันตรายหรือไม่ โดยเฉพาะเมื่อสัมผัสกับผิวหนังหรือแผล?

ตอบ:

แบตเตอรี่เสื่อมเกิดจากการเสื่อมสภาพของสารเคมีภายในเซลล์แบตเตอรี่ส่งผลให้ความจุของแบตเตอรี่ลดลง ดังนั้นพลังงานที่ใช้งานได้ต่อการชาร์จแบตเตอรี่จนเต็มจะน้อยลง สาเหตุของการเสื่อมอาจเกิดจาก

  • สารเคมีหรือวัสดุภายในเซลล์แบตเตอรี่หมดอายุ
  • การใช้งานหรือการจัดเก็บไม่เหมาะสมทำให้เกิดความร้อน ซึ่งความร้อนเป็นปัจจัยสำคัญที่เร่งให้แบตฯ เสื่อมสภาพ
  • การทำงานผิดปกติอันเนื่องมาจาก Under charging หรือ Over charging

วิธีการป้องกันคือ หมั่นสำรวจ ตรวจเช็ค ระบบอัดไฟ และสภาพภายนอก รอยรั่วซึมของเซลล์แบตเตอรี่ และไม่ควรเก็บหรือใช้งานเซลล์แบตเตอรี่ที่สภาวะอุณหภูมิสูง ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลดลง [3]

ส่วนของเหลวหนืดเยิ้ม ที่พบเห็นบ่อยจากถ่านไฟฉายธรรมดา (carbon-zinc cell) และถ่านแอลคาไลน์ (alkaline cell) คือ สารอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งถ่านไฟฉายธรรมดาจะใช้สารละลายแอมโมเนียคลอไรด์ (ammonium chloride, NH4Cl) และ ซิงค์คลอไรด์ (zinc chloride, ZnCl2) เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ เมื่อสารแมงกานีสไดออกไซด์ถูกทำปฏิกิริยาจนหมด (ถ่านไฟฉายหมดไฟ) สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์เป็นกรดยังสามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีกับกระป๋องสังกะสีต่อได้ ทำให้เกิดการกัดกร่อนจนสารเคมีภายในรั่วไหลออกมา ส่วนถ่านแอลคาไลน์จะใช้สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์เป็นเบส ซึ่งสามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีกับกระป๋องสังกะสีได้เช่นเดียวกันเมื่อถ่านหมดอายุการใช้งานแล้ว นอกจากสารละลายที่สามารถรั่วไหลออกมาได้แล้ว ยังพบโลหะหนักปะปนด้วย ดังแสดงในรูปที่ 2

กรณีแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์แบบของเหลวเกิดเสื่อมสภาพเนื่องมาจากความชื้น ความร้อน และเกิดรั่วซึมออกมา สารอิเล็กโทรไลต์ของแบตชนิดนี้ประกอบด้วยเกลือลิเทียมและตัวทำละลายอินทรีย์จำพวกคาร์บอเนต เมื่อสารอิเล็กโทรไลต์สัมผัสกับน้ำหรือความชื้นภายนอกเซลล์เกิดเป็นกรดไฮโดรฟลูออริก (hydrofluoric acid, HF) ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง มีความเป็นพิษและระคายเคืองสูง กรดดังกล่าวสามารถทำลายเนื้อเยื่อและรบกวนการทำงานของระบบประสาท ทำให้ผู้ที่สัมผัสกรดไม่รู้สึกเจ็บในตอนแรก แต่ส่งผลในระยะยาวทำให้กระดูกพรุนและข้อเสื่อม นับว่าเป็นกรดที่เป็นอันตรายต่อร่างกายอย่างยิ่ง

รูปที่ 2 อันตรายของสารเคมีเมื่อได้รับเข้าสู่ร่างกาย

ถาม : การนำแบตเตอรี่ไปใส่ช่องแช่แข็งในตู้เย็นเป็นการช่วยยืดอายุแบตเตอรี่ได้หรือไม่ อย่างไร?

ตอบ:

การนำแบตเตอรี่ไปใส่ช่องแช่แข็งในตู้เย็นเพื่อยืดอายุการใช้งาน เป็นความเชื่อที่ผิด! และไม่ควรทำตาม เนื่องจากช่องแช่แข็งเย็นจัดเกินไป แม้กระทั่งตู้เย็นในช่องธรรมดาก็มีความชื้นสูง ซึ่งอาจทำให้ขั้วต่างๆ เสื่อมสภาพได้ ที่ถูกต้องคือควรเก็บรักษาแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิไม่สูงหรือต่ำจนเกินไป ทั้งนี้เมื่อแบตเตอรี่บวมหรือเสื่อมสภาพไม่ควรใช้งานต่อ ควรเปลี่ยนไปใช้แบตเตอรี่ก้อนใหม่จะเป็นวิธีที่ดีและปลอดภัยที่สุด

ถาม : Memory effect ในแบตเตอรี่คืออะไร พบได้กับแบตเตอรี่ชนิดใด และมีผลต่อการถนอมแบตเตอรี่อย่างไร?

ตอบ:

สาเหตุที่แบตเตอรี่มี memory effect หรือมี “ความจำ” ที่ไม่พึงประสงค์เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของขั้วบวกและขั้วลบในส่วนที่ไม่ถูกใช้งานเป็นระยะเวลานาน ซึ่งจะพบในแบตเตอรี่ตระกูลนิกเกิล เช่น นิกเกิลแคดเมียม หรือนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์เท่านั้น โดยปกติแล้วขนาดของผลึกของสารประกอบนิกเกิลที่ทำหน้าเก็บประจุไฟฟ้าที่ขั้วจะมีขนาดเล็กทำให้มีพื้นผิวโดยรวมที่จะทำปฏิกิริยาให้เกิดไฟฟ้านั้นมาก การที่ส่วนหนึ่งของแบตเตอรี่ไม่ได้ถูกใช้งานจะเกิดการเพิ่มขนาดของผลึกส่งผลให้พื้นผิวโดยรวมของขั้วลดลง เกิดความต้านทานทางไฟฟ้าสูงขึ้นทำให้การเกิดปฏิกิริยายากขึ้น ส่งผลให้เกิดการเสื่อมสมรรถนะของแบตเตอรี่ส่วนนั้นในที่สุด

การป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่เกิด Memory Effect คือ ไม่ควรใช้แบตเตอรี่ตระกูลนิกเกิลไปชาร์จไฟไป ควรใช้แบตเตอรี่จนหมด หากทำเช่นนี้ไม่ได้ทุกครั้งก็ให้ใช้แบตเตอรี่จนหมดอย่างน้อยเดือนละครั้ง เพื่อให้ขนาดของผลึกของสารประกอบนิกเกิลในขั้วบวกคงสภาพที่ใกล้เคียงเดิม ส่วนวิธีแก้ไขที่นิยมคือ อาศัยอุปกรณ์ที่สามารถดึงกระแสไฟจนแบตเตอรี่มีศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่าปกติ หรือประมาณ 0.4-0.6 โวลต์ต่อเซลล์เพื่อให้ผลึกใหญ่ที่เกิดที่ขั้วนั้นแตกตัวและมีขนาดเล็กลง

ปัจจุบันมีการพัฒนาเพื่อลดการเกิด Memory Effect ในแบตเตอรี่ประเภท Ni-MH โดยบริษัทซันโย/พานาโซนิค (Sanyo/Panasonic) ภายใต้ยี่ห้อ Eneloop

ถาม : สาเหตุอะไรบ้างที่อาจทำให้แบตเตอรี่ระเบิดหรือลุกติดไฟ?

ตอบ:

สาเหตุที่อาจทำให้แบตเตอรี่ระเบิดมีดังนี้

    1. แบตเตอรี่ระเบิดหรือติดไฟจากปัจจัยภายนอก

      1.1 แบตเตอรี่ได้รับความร้อนมากเกินไป (thermal abuse)

      1.2 แบตเตอรี่ได้รับแรงกระแทกจากภายนอก (mechanical abuse) เช่น ตกหล่นบ่อยๆ ได้รับแรงกระแทกจากการชนหรือมีสิ่งของวางทับ

    2. แบตเตอรี่ระเบิดหรือติดไฟจากปัจจัยภายใน
    3. ระบบจัดการแบตเตอรี่เกิดความผิดปกติ กล่าวคือไม่ตัดการชาร์จของแบตเตอรี่เมื่อประจุไฟเต็ม (BMS malfunction)
    4. อุปกรณ์ประจุไฟทำการประจุไฟให้แบตเตอรี่มากเกินไป (charger malfunction)
    5. การเกิดการลัดวงจรไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่จากการออกแบบที่ไม่ดี หรือ ลัดวงจรจากตัวแบตเตอรี่เสื่อมสภาพเมื่อมีการใช้งานไปนานๆ (internal short circuit due to false design/degradation of battery)

ปัจจัยดังกล่าวเป็นสาเหตุให้เกิดความร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นภายใน เหล่านี้ล้วนทำให้แบตเตอรี่พอง บวม และอาจเกิดการระเบิด/ลุกติดไฟขึ้นได้หากไม่สามารถระบายความร้อน หรือปลดปล่อยแก๊สที่เกิดขึ้นออกไปได้ทันท่วงที ดังนั้นเพื่อป้องกันเหตุการณ์ที่ทำให้เกิดความร้อนและความดันสูงเกินไป แบตเตอรี่ส่วนใหญ่จึงมีวาล์วลดความดันเป็นอุปกรณ์ป้องกันเบื้องต้น นอกจากนี้ ในแบตเตอรี่ลิเทียมซึ่งมีความจุพลังงานที่สูงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกันการชาร์จและการดิสชาร์จเกินพิกัดของกระแสและความต่างศักย์ที่กำหนด (over charge/ over discharge)

ซึ่งอุปกรณ์ป้องกันมีด้วยกัน 2 ชนิดคือ

  1. Protection Circuit Module (PCM) สำหรับป้องการการชาร์จและใช้งานแบตเตอรี่ที่มากเกินไป ทำหน้าที่ตัดกระแสไฟฟ้าเมื่อแบตเตอรี่มีการใช้งานถึงแรงดันที่กำหนด
  2. Battery Management System (BMS) คือ ระบบจัดการแบตเตอรี่ ซึ่งทําหน้าที่ควบคุมป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ทำงานในลักษณะที่เป็นอันตราย เช่น การชาร์จไฟมากเกินไปหรือจ่ายไฟออกมากเกินไป รวมทั้งการ balance cell battery เพื่อประจุไฟให้เต็มมากที่สุด (maximize battery capacity) และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

ถาม : แบตเตอรี่สำรอง (power bank) คือแบตเตอรี่ประเภทใด เหตุใดจึงห้ามนำขึ้นเครื่องบินหากมีขนาดใหญ่กว่า 32,000 mAh ?

ตอบ:

เนื่องจากแบตเตอรี่สำรองมีแบตเตอรี่ประเภทลิเทียมไอออนอยู่ภายใน และแบตเตอรี่ประเภทลิเทียมไอออนมีความจุพลังงานต่อน้ำหนักสูง สมาคมการขนส่งทางอากาศระหว่างประเทศ หรือ ไออาตา IATA (International Air Transport Association) [4]  [4]จึงได้กำหนดข้อจำกัดของแบตเตอรี่สำรองในการนำขึ้นเครื่องบินดังนี้

  • ห้ามนำแบตเตอรี่สำรองใส่กระเป๋าเดินทางโหลดใต้เครื่อง
  • ให้ใส่กระเป๋าถือขึ้นเครื่องได้ โดยแบตเตอรี่สำรองต้องมีขนาดความจุไฟฟ้าไม่เกิน 32,000 mAh
  • แบตเตอรี่สำรองความจุไฟฟ้า 20,000 mAh (หรือน้อยกว่า 100 วัตต์-ชั่วโมง (Wh) นำขึ้นเครื่องได้ไม่เกิน 20 ก้อน
  • แบตเตอรี่สำรองความจุไฟฟ้า 20,000–32,000 mAh (หรือระหว่าง 100-160 วัตต์-ชั่วโมง (Wh) นำขึ้นเครื่องได้ไม่เกิน 2 ก้อน
  • แบตเตอรี่สำรองความจุไฟฟ้ามากกว่า 32,000 mAh (หรือมากกว่า 160 วัตต์-ชั่วโมง (Wh) ไม่ได้รับอนุญาตให้นำขึ้นเครื่อง

โดยตัวเลข 32,000 mAh คำนวณมาจากพลังงานไฟฟ้าของแบตเตอรี่สำรองขนาด 160 Wh ที่แรงดันไฟฟ้าประมาณ 5 โวลต์ (32,000 mAh x 5 V = 160 Wh) ซึ่งค่าพลังงาน 160 Wh นั้นมีค่าเท่ากับ 1 ใน 7 เท่าของค่าพลังงานของระเบิด TNT ปริมาณ 1 กิโลกรัมที่สามารถระเบิดยานพาหนะขนาดเล็กได้เลยทีเดียว [5]

การจัดการ

ถาม : แบตเตอรี่แต่ละประเภทมีการจัดการที่แตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร?

ตอบ:

แบตเตอรี่ถือเป็นของเสียอันตรายที่ไม่สามารถกำจัดได้ด้วยวิธีการฝังกลบหรือการเผาแบบปกติเหมือนกับขยะทั่วไป เนื่องจากแบตเตอรี่มีองค์ประกอบของโลหะอยู่ภายใน ซึ่งไม่สามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติหากนำไปฝังกลบ และเกิดมลพิษทางอากาศได้หากเผา อีกทั้งมีอิเล็กโทรไลต์ที่มีฤทธิ์เป็นกรดหรือสารอินทรีย์ที่เป็นพิษ หากนำไปฝังกลบและเกิดการรั่วไหลจะทำให้เกิดมลพิษทางสิ่งแวดล้อมได้ ดังนั้นจึงมีการกำหนดมาตรการที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้มีการจัดการแบตเตอรี่ได้อย่างถูกต้องเหมาะสม

การจัดการแบตเตอรี่เริ่มจากการรวบรวมแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วและเสื่อมสภาพ สำหรับแบตเตอรี่ขนาดเล็ก เช่น แบตเตอรี่ในโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์ ผู้บริโภคถือเป็นผู้รับผิดชอบที่จะต้องนำไปทิ้งในจุดรับขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่ถูกต้อง เพราะหากนำไปทิ้งปนกับขยะทั่วไปแบตเตอรี่เหล่านั้นอาจถูกนำไปเผาหรือฝังกลบซึ่งจะทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นการสร้างความตระหนักและการสร้างระบบเพื่อจัดการแบตเตอรี่ถือเป็นสิ่งสำคัญที่จะทำให้ผู้บริโภคนำไปทิ้งได้อย่างถูกวิธี ส่วนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ เช่น แบตเตอรี่กรดตะกั่วที่ใช้ในรถยนต์ หรือแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้ในยานยนต์ไฟฟ้า ผู้ประกอบการในภาคอุตสาหกรรม เช่น ผู้จำหน่ายแบตเตอรี่ หรือผู้จำหน่ายยานยนต์ไฟฟ้า ถือเป็นผู้รับผิดชอบในการรวบรวมและจัดการแบตเตอรี่ที่ใช้แล้ว ซึ่งการจัดการดังกล่าวอยู่ในการกำกับดูแลของกรมโรงงานอุตสาหกรรม

หลังจากขั้นตอนการรวบรวมแบตเตอรี่ จะเป็นขั้นตอนการแยกตามประเภทเพื่อนำเข้าสู่กระบวนการกำจัดหรือรีไซเคิลต่อไป ซึ่งโดยภาพรวมแล้วการจัดการหรือรีไซเคิลแบตเตอรี่แต่ละประเภทนั้นมีหลักการที่คล้ายกันคือ เริ่มจากการคายประจุ (discharge) เพื่อให้แบตเตอรี่มีพลังงานลดลงและไม่เกิดประกายไฟ จากนั้นจึงนำไปถอดประกอบชิ้นส่วน (dismantle) เพื่อแยกสารอิเล็กโทรไลต์ และวัสดุต่างๆ ในแบตเตอรี่ ก่อนที่จะนำวัสดุที่คัดแยกได้ไปกำจัดหรือเข้าสู่กระบวนการรีไซเคิลต่อไป ความแตกต่างในการจัดการแบตเตอรี่แต่ละประเภทนั้นคือ ขั้นตอนการกำจัดหรือการรีไซเคิลวัสดุภายในของแบตเตอรี่ เพราะแบตเตอรี่แต่ละประเภทนั้นมีองค์ประกอบที่ต่างกันนั่นเอง

ถาม : ผู้ใช้งานควรทิ้งแบตเตอรี่อย่างไรเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ในประเทศไทยมีระบบจัดการหรือไม่ เราเห็นจุดทิ้งแบตเตอรี่ตามที่ต่างๆ แบตเตอรี่ที่ทิ้งแล้วไปไหน?

ตอบ:

ผู้ใช้งานหรือผู้บริโภคนั้นควรมีความตระหนักในการนำแบตเตอรี่ไปทิ้งในจุดที่รับทิ้งแบตเตอรี่ให้ถูกต้อง โดยเริ่มจากแยกแบตเตอรี่ออกจากอุปกรณ์ที่ใช้งานก่อน จากนั้นใส่ถุงมัดปิดเพื่อไม่ให้เกิดการลัดวงจรและติดป้ายให้ชัดเจนว่าเป็นขยะมีพิษ แล้วจึงนำไปทิ้งตามจุดที่รับทิ้งต่างๆ ทั้งในห้างสรรพสินค้า ร้านเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ และที่ทำการไปรษณีย์ ทั้งนี้หากไม่สามารถถอดแบตเตอรี่ออกมาได้ เช่น แบตเตอรี่ในโทรศัพท์มือถือบางยี่ห้อ หรือเป็นแบตเตอรี่ขนาดใหญ่อย่างแบตเตอรี่กรดตะกั่ว หรือแพคแบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้า ผู้บริโภคควรนำส่งคืนหรือเปลี่ยนแบตเตอรี่ที่ผู้จำหน่าย ไม่ควรถอดประกอบเพื่อหลอมเอาวัสดุมีค่าออกมาจากแบตเตอรี่ด้วยตัวเอง

ปัจจุบันแบตเตอรี่กรดตะกั่วถือเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้มากที่สุดในรถยนต์ ซึ่งผู้บริโภคหรือผู้จำหน่ายรายย่อยบางรายมักแยกแบตเตอรี่เพื่อหลอมเอาตะกั่วแท่งออกมา ซึ่งการหลอมแบตเตอรี่แบบไม่ได้มาตรฐานจะทำให้ผู้หลอมได้รับสารพิษจากตะกั่วโดยการสัมผัสและระบบทางเดินหายใจ รวมถึงทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้การนำกรดซึ่งเป็นอิเล็กโทรไลต์ภายในแบตเตอรี่กรดตะกั่วไปทิ้งในที่สาธารณะก็ยังส่งผลเสียทางตรงต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ในประเทศไทยยังไม่มีกฎหมายที่รองรับการจัดการแบตเตอรี่โดยเฉพาะ แต่มีกฎหมายที่เกี่ยวข้องกับการจัดการขยะอิเล็กทรอนิกส์ เช่น พระราชบัญญัติ (พ.ร.บ.) ส่งเสริมและรักษาคุณภาพสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ พ.ศ. 2535 ที่ควบคุมการกำจัดของเสียและรักษาคุณภาพสิ่งแวดล้อม พ.ร.บ. โรงงาน พ.ศ. 2535 ซึ่งกำหนดมาตรฐานและวิธีควบคุมของเสียจากโรงงาน พ.ร.บ.วัตถุอันตราย พ.ศ. 2535 ที่ใช้บังคับผู้ที่ผลิต นำเข้า ส่งออกหรือครอบครองวัตถุอันตราย และ พ.ร.บ. การสาธารณสุข (ฉบับที่ 2) พ.ศ. 2550 ซึ่งกำหนดไว้ว่าองค์การปกครองส่วนท้องถิ่นต้องจัดให้มีการคัดแยก เก็บรวบรวม และกำจัดของเสียอันตรายจากชุมชนอย่างถูกต้อง ปัจจุบันประเทศไทยอยู่ระหว่างการผลักดันร่าง พ.ร.บ. การจัดการซากผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ พ.ศ…. (พ.ร.บ. WEEE: Waste Electric and Electronic Equipment) [6] โดยร่าง พ.ร.บ. ดังกล่าวนี้มีใจความรวมถึงความรับผิดชอบที่เพิ่มขึ้นของผู้ผลิต (Extended Producer Responsibility: EPR) และระบบการเรียกคืนซากผลิตภัณฑ์ ซึ่งจะทำให้ผู้ประกอบการสามารถเรียกคืนซากแบตเตอรี่เพื่อนำมารีไซเคิลได้มากยิ่งขึ้น

ถาม : แบตเตอรี่สามารถนำมารีไซเคิลได้หรือไม่?

ตอบ:

แบตเตอรี่สามารถนำมารีไซเคิลได้ ซึ่งกระบวนการรีไซเคิลนั้นมีหลายวิธีขึ้นอยู่กับประเภทของแบตเตอรี่และวัสดุภายในแบตเตอรี่ ปัจจุบันแบตเตอรี่ประเภทกรดตะกั่วนั้นมีปริมาณมากเนื่องจากใช้ในรถยนต์ โดยการรีไซเคิลแบตเตอรี่กรดตะกั่วนั้นเริ่มจากการเทน้ำกรดออกจากแบตเตอรี่ จากนั้นจึงถอดประกอบเพื่อแยกเคสและวัสดุออกจากกัน สำหรับเคสพลาสติกนำไปรีไซเคิล ส่วนวัสดุภายในสามารถแยกเป็นตะกั่วออกไซด์และแผ่นธาตุ ซึ่งนำไปหลอมในโรงงานเพื่อถลุงตะกั่วและรีไซเคิลแผ่นธาตุต่อไป

สำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนนั้นมีการคาดกันว่าในอนาคตจะมีปริมาณซากแบตเตอรี่เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากมีการใช้ในยานยนต์ไฟฟ้า (xEV) เพิ่มมากขึ้น มีการคาดการณ์ว่าในปี พ.ศ. 2575 ประเทศไทยจะมียานยนต์ไฟฟ้าสะสมถึงกว่า 22 ล้านคัน [7] ทำให้การรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมีความสำคัญมากยิ่งขึ้นในอนาคต

เนื่องจากมูลค่าของวัสดุภายในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคิดเป็นสัดส่วนถึง 64% ของมูลค่าแบตเตอรี่ทั้งหมด [8] โดยแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่เสื่อมสภาพหรือใช้การไม่ได้จะถูกนำมาตรวจสอบความสามารถทางไฟฟ้าและ state-of-health ของแบตเตอรี่ก่อน

หากแบตเตอรี่เสียที่วงจรไฟฟ้าหรือเสื่อมแค่บางเซลล์ในโมดูลก็จะซ่อมหรือเปลี่ยนเซลล์แล้วจึงนำกลับมาใช้ใหม่ เรียกวิธีการนี้ว่า remanufacturing หากตรวจแล้วพบว่าแบตเตอรี่นั้นมี state-of-health ระหว่าง 60-80% สามารถนำไปใช้งานในแอปพลิเคชันอื่นที่ต้องการความจุแบตเตอรี่น้อยกว่าเดิมได้ เรียกวิธีการนี้ว่า repurposing หรือ second-life ของแบตเตอรี่ เช่น การนำแบตเตอรี่ในรถไฟฟ้าที่เสื่อมสภาพไปใช้ในระบบกักเก็บพลังงานแบบติดตั้งอยู่กับที่ โดยปัจจุบันบริษัท Nissan ได้ร่วมมือกับบริษัท Eaton เพื่อนำแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนในรถยนต์ Nissan leaf ที่ใช้แล้วนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองภายในบ้านในชื่อ xStorage [9] ทั้งนี้หากตรวจแล้วพบว่า state-of-health ของแบตเตอรี่มีค่าต่ำกว่า 60% จึงค่อยนำไปรีไซเคิล ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 การจัดการกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนตามค่า state-of-health ของแบตเตอรี่

การรีไซเคิลแบตเตอรี่ประกอบด้วย 4 กระบวนการหลักๆ ดังนี้

  1. กระบวนการทางกล (mechanical process) เป็นกระบวนการสลายและคัดแยกวัสดุแบตเตอรี่ด้วยวิธีทางกล เช่น การบด การกรอง การใช้แม่เหล็ก การแช่เย็น
  2. กระบวนการโลหวิทยาความร้อน (pyrometallurgical process) เป็นกระบวนการที่ใช้ความร้อนเพื่อหลอมและถลุงเหล็กและนำโลหะมีค่ากลับออกมาในรูปของโลหะผสม
  3. กระบวนการโลหวิทยาสารละลาย (hydrometallurgical process) เป็นกระบวนการที่ใช้สารเคมีเพื่อชะละลาย (leaching) และนำกลับโลหะมีค่ามาในรูปของสารละลายเกลือ
  4. กระบวนการไดเร็กรีไซเคิล (direct recycling process) เป็นการรักษาวัสดุภายในแบตเตอรี่ที่เสื่อมสภาพทางตรง เพื่อรักษาให้วัสดุที่เสื่อมสภาพมีคุณสมบัติเหมือนวัสดุดั้งเดิมและนำกลับมาใช้เป็นวัสดุในแบตเตอรี่ที่ประกอบใหม่
รูปที่ 4 กระบวนการรีไซเคิลของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน

การรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนประกอบด้วยการนำกระบวนการข้างต้นมาประกอบกัน [10] ดังแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งแต่ละบริษัทในแต่ละประเทศก็มีวิธีการรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่แตกต่างกัน [11] เช่น Umicore เช่น บริษัท Umicore ในเบลเยี่ยมใช้กระบวนการโลหวิทยาความร้อนในการถลุงโลหะมีค่า เช่น โคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง และเหล็ก ออกมาในรูปของโลหะผสม แล้วจึงละลายด้วยกระบวนการทางโลหวิทยาสารละลายเพื่อแยกโลหะมีค่าออกจากกัน หรือบริษัท Retriev ประเทศสหรัฐอเมริกาที่ใช้ไนโตรเจนเหลวในการแช่แข็งแบตเตอรี่เพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยาของลิเทียมแล้วจึงบดและคัดแยกวัสดุ จากนั้นจึงนำไปคัดแยกด้วยกระบวนการโลหวิทยาสารละลายเพื่อสกัดลิเทียมและโคบอลต์ สำหรับประเทศไทยยังไม่มีโรงงานรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนโดยเฉพาะ ดังนั้นผู้ประกอบการจะส่งออกแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้แล้วไปยังต่างประเทศเพื่อรีไซเคิล

เอกสารอ้างอิง

  1. BATTERY 2030+ Roadmap: Inventing the Sustainable Batteries of the Future, Research Needs and Future Actions, https://battery2030.eu/digitalAssets/861/c_861008-l_1-k_roadmap-27-march.pdf (accessed November 5, 2020).
  2. เตือนภัยอย่าใช้มือถือขณะชาร์จแบต, การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค, https://www.pea.co.th/ (accessed December 23, 2020)
  3. T.D. Tran, J.H. Feikert, R.W. Pekala, K. Kinoshita, Rate effect on lithium-ion graphite electrode performance, J. Appl. Electrochem. 26 (1996) 1161–1167. https://doi.org/10.1007/BF00243741.
  4. Traveling with Portable Electronic Devices (PEDs), https://www.iata.org/en/programs/ops-infra/baggage/ped/ (accessed November 27, 2020)
  5. Energy and Work Conversion Table, https://www.unitconversion.org/unit_converter/energy-ex.html (accessed December 29, 2020)
  6. บันทึกหลักการและเหตุผล ประกอบร่างพระราขบัญญัติการจัดการซากผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ พ.ศ. …., https://www.lawamendment.go.th/index.php/faq?id=717 (accessed November 11, 2020)
  7. รายงานแผนพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้าเพื่อรองรับยานยนต์ไฟฟ้าของประเทศไทย, https://www.eppo.go.th/images/Infromation_service/studyreport/EV_plan.pdf (accessed November 11, 2020)
  8. Pillot, Christophe. “Avicenne Energy.”Battery Market Compilations, twenty first ed. (2017).
  9. Nissan and Eaton release ‘Xstorage’ – home energy storage solution, https://www.pntpower.com/nissan-eaton-release-xstorage-home-energy-storage-solution/ (accessed November 11, 2020)
  10. M. Chen, X. Ma, B. Chen, R. Arsenault, P. Karlson, N. Simon, Y. Wang, Recycling End-of-Life Electric Vehicle Lithium-Ion Batteries, Joule. 3 (2019) 2622–2646. https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.09.014.
  11. Pinegar, Haruka, and York R. Smith. “Recycling of end-of-life lithium ion batteries, Part I: Commercial processes.”Journal of Sustainable Metallurgy (2019): 1-15.
]]>
Solar cell power https://www.entec.or.th/th/knowledge-solar-cell/ Wed, 23 Jun 2021 05:44:58 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=5242

By Dr. Amornrat Limmanee, Solar Photovoltaic Team Leader of Solar Photovoltaic Research Team,Energy Innovation Research  Group of ENTEC Interviewed by Dr. Buncha Thanaboonsombut Article by Mrs. Orawan Sumriddetkajorn

ถาม: ขอทราบประวัติการศึกษาของ ดร.เบนซ์ ครับ ทราบมาว่าไปเรียนที่ประเทศญี่ปุ่นตั้งแต่ชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย?

ตอบ: 

หลังจากจบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนต้นก็สอบชิงทุนรัฐบาลเพื่อไปศึกษาต่อที่ประเทศญี่ปุ่น โดยไปเรียนภาษาญี่ปุ่นก่อน 1 ปี จากนั้นก็เข้าศึกษาในระดับมัธยมศึกษาตอนปลายจนกระทั่งจบปริญญาเอกทางด้านอิเล็กทรอนิกส์เชิงกายภาพ (physical electronics) รวมระยะเวลา 13 ปีค่ะ

เนื่องจากทุนที่ได้รับเปิดกว้าง ไม่ได้ระบุว่าต้องไปศึกษาทางด้านไหน แต่ด้วยความที่ชอบวิชาวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ อีกทั้งการได้ไปเรียนที่ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งมีความเจริญทางด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์อยู่แล้ว และเมื่อได้เรียนก็ยิ่งทำให้รู้สึกว่าเราน่าจะเหมาะกับด้านนี้จึงเลือกเรียนวิศวกรรมไฟฟ้าค่ะ

ถาม: เหตุใดจึงเลือกศึกษาลงลึกเรื่องเซลล์แสงอาทิตย์ตอนที่เรียนปริญญาโท-เอกครับ?

ตอบ: 

สมัยปริญญาตรีได้เรียนเซมิคอนดักเตอร์หรือสารกึ่งตัวนำและวงจรอิเล็กทรอนิกส์อยู่แล้ว อาจารย์ให้คำแนะนำว่าถ้าเรียนเซมิคอนดักเตอร์ก็น่าจะเลือกให้ชัดเจนว่าจะเป็นไดโอดหรือเซลล์แสงอาทิตย์ ดังนั้นจึงเลือกเซลล์แสงอาทิตย์ เพราะเคยทำไดโอดและเซมิคอนดักเตอร์มาก่อน แต่ยังไม่เคยทำเซลล์แสงอาทิตย์ อีกทั้งอาจารย์มองว่าประเทศไทยน่าจะเหมาะกับเซลล์แสงอาทิตย์ ในตอนนั้นที่ไทยยังไม่ค่อยมีคนทำวิจัยด้านเซลล์แสงอาทิตย์สักเท่าไร จะมีแค่ ศ. ดร. ดุสิต เครืองาม, ศ. ดร. สมศักดิ์ ปัญญาแก้ว และ ดร. พอพนธ์ สิชฌนุกฤษฏ์ อีกทั้งเราก็เห็นว่าน่าสนุกดีจึงเลือกทำเรื่องนี้ค่ะ

ถาม: ช่วงที่เรียนปริญญาเอกหัวข้องานวิจัยที่ศึกษาลงลึกเกี่ยวกับอะไร และได้ฝึกงานกับบริษัทเอกชนที่ไหนบ้างครับ?

ตอบ: 

เป็นการพัฒนาชั้นฟิล์มในเซลล์ชนิดผลึกซิลิคอน ซึ่งเป็นชั้นกันการสะท้อนและลดการสูญเสียพลังงานด้านขั้วด้านล่างกับด้านบนโดยการสร้างซิลิคอนไนไตรด์ (silicon nitride) เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ต้องการให้แสงหักเหเข้ามากก็ต้องพัฒนาชั้นบนให้ลดการสะท้อนและลดการสูญเสียด้านอื่นด้วยจึงพัฒนาฟิล์มซิลิคอนไนไตรด์ และฟิล์มซิลิคอนออกไซด์ (silicon-oxide) เพื่อใช้ในโครงสร้างเซลล์ชนิดผลึกซิลิคอนค่ะ

ตอนฝึกงานได้ฝึกที่บริษัท มิตซูบิชิ อิเล็คทริค โดยเรียนรู้ตั้งแต่การทำวิจัยและพัฒนาในเซลล์เล็ก การวัดวิเคราะห์เซลล์เล็กไปจนถึงกระบวนการสร้างจริงว่ากว่าจะมาเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่วางจำหน่ายมีขั้นตอน และมีกระบวนการอะไรบ้าง

บริษัทในเครือ มิตซูบิชิ อิเล็คทริค นอกจากจะผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ แล้วยังมีโรงผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ด้วย แต่ส่วนใหญ่จำหน่ายภายในประเทศและส่งออกไปประเทศอื่นที่ไม่ใช่ประเทศไทย ในตอนนั้นเขาวัดคุณสมบัติแผ่นซิลิคอนเวเฟอร์เพื่อศึกษาว่าเวเฟอร์แบบไหนที่เหมาะจะมาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ วิธีการคัดเลือก การวิเคราะห์ว่าทำอย่างไรให้ได้ประสิทธิภาพสูงและมีการสูญเสียตรงไหนบ้าง ซึ่งญี่ปุ่นจะลงในรายละเอียดมาก

ถาม: เนื่องจากประเทศญี่ปุ่นมีความโดดเด่นด้านการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซลล์แสงอาทิตย์มาก ถ้ามองภาพรวมของประเทศญี่ปุ่นเทียบกับโลกมีการแข่งขันกับประเทศไหนเป็นพิเศษไหมครับ?

ตอบ: 

เมื่อ 10 กว่าปีก่อนญี่ปุ่นแข่งขันกับประเทศเยอรมนี ญี่ปุ่นเคยมีกำลังการผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์สูงที่สุดในโลก ก่อนที่จีนจะมาในตลาดนี้ มีอเมริกาบ้างแต่ไม่มากนักค่ะ

ถาม: เวลาพูดถึงเซลล์แสงอาทิตย์คนทั่วไปจะนึกถึงแผงสีดำที่ติดตั้งบนหลังคาบ้าง หรือบนพื้นบ้าง ช่วยให้ภาพรวมของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ว่าหัวใจของเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยอะไรบ้างครับ?

ตอบ:  

A solar cell l is a semiconductor with energy band gaps that directly absorb the solar spectrum. There are various types of solar cells, but the most common is fabricated from  silicon for its affordable prices and large quantities. However, some types are rare, e.g., those made for rare earth, which is expensive and has high production cost. The doped material creates a potential difference in the PN junction, the photon [1] creates the negatively charged electron and the positively charged hole, both of them could conduct electricity. A potential difference, therefore, causes the electrons to move in the opposite direction of the hole, and when a circuit is complete, electricity is generated.

[1] โฟตอน (photon) เป็นอนุภาคของแสง พลังงานของโฟตอนจะแตกต่างกันตามความยาวของคลื่นแสง

ถาม : ในการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ ทีมวิจัยมองแสงเป็นคลื่นหรือเป็นอนุภาคครับ?

ตอบ:  

It can be viewed both ways. If we talk about an electron and a hole, then we consider light as particles because, in solar cell measurements, one need to measure quantum efficiency [2] to see how much light is converted into electricity at each wavelength. On the contrary, if we consider light as wave, the amount of light energy per square meter before conversion will be of interest in order to see the whole picture.

[2] ประสิทธิภาพควอนตัม (quantum efficiency) ปริมาณอิเล็กตรอนที่วัสดุปล่อยออกมาต่อปริมาณโฟตอนที่ใส่เข้าไป

ถาม : ระบบของเซลล์แสงอาทิตย์ต้องมีอุปกรณ์หลักอะไรบ้างครับ?

ตอบ:  

  • แผงเซลล์แสงอาทิตย์

คือการนำเซลล์หลายตัวมาต่อกัน เมื่อเป็นแผงก็จะมีแผงหลายแผงมาต่อกันเพื่อกำหนดค่าแรงดันและกระแสที่เหมาะสมกับระบบ

  • อินเวอร์เตอร์ (inverter)

เนื่องจากไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ถ้าจะใช้กับอุปกรณ์บ้านก็ต้องมีอินเวอร์เตอร์ (inverter) เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสสลับก่อน

  • แบตเตอรี่

นอกจากนี้ ไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถเก็บในตัวเองได้ ต้องปล่อยออกไปเลย ดังนั้น ถ้าต้องการเก็บไฟฟ้าต้องเก็บในแบตเตอรี่

  • ตัวควบคุมการชาร์จ (charge controller)

นอกจากนี้ ไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถเก็บในตัวเองได้ ต้องปล่อยออกไปเลย ดังนั้น ถ้าต้องการเก็บไฟฟ้าต้องเก็บในแบตเตอรี่ เมื่อมีตัวเก็บไฟแล้วก็ต้องมีตัวควบคุมการชาร์จ (charge controller) ด้วย เพราะไฟจากเซลล์แสงอาทิตย์อาจไม่สม่ำเสมอเปลี่ยนแปลงตามค่าแสงอาทิตย์ ซึ่งอาจสร้างความเสียหายต่อแบตเตอรี่ได้ถ้าชาร์จโดยตรง

ถาม : ถ้าพูดถึงเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นวัสดุที่รับแสงเข้ามาแล้วเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า แต่ถ้ามองทั้งระบบเรียกโซลาร์โฟโตวอลเทอิก (solar photovoltaic system) ใช่ไหมครับ?

ตอบ:  

ใช่ค่ะ จริงๆ การผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์จะมีอีกรูปแบบหนึ่งคือ การใช้เป็นความร้อน (solar thermal) ผลิตน้ำร้อนหรือไอน้ำแล้วไปปั่นไฟ แต่ถ้าแปลงจากแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรงจะเรียก solar photovoltaic system หรือ solar PV system

ถาม: ในมุมมองของวัสดุที่พูดถึงผลึกแบบต่างๆ เช่น ผลึกเดี่ยว (monocrystalline) พหุผลึก (polycrystalline หรือ multicrystalline) อสัณฐาน (amorphous) ผลึกเหล่านี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพของโฟโตวอลเทอิกที่แตกต่างกันอย่างไรครับ?

ตอบ:  

ผลึกที่ทำให้โฟโตวอลเทอิกมีประสิทธิภาพสูงที่สุดคือผลึกเดี่ยวเพราะเป็นเนื้อเดียว แต่มีราคาสูง ถ้าเป็นพหุผลึกหรือหลายผลึกจะมีเกรนต่างๆ ทำให้มีรอยต่อระหว่างเกรน ซึ่งมีโอกาสที่จะสูญเสียพลังงานได้มาก เดิมทีผลึกเดี่ยวมีราคาสูงจึงพบวัสดุประเภทพหุผลึกหรือหลายผลึกในท้องตลาดมากกว่าแม้จะมีประสิทธิภาพต่ำกว่า แต่ถ้ามองในแง่เศรษฐศาสตร์ก็จะคุ้มค่ากว่า

ปัจจุบันจีนผลิตผลึกเดี่ยวได้ถูกลงจนมีราคาพอๆ กับพหุผลึก ทำให้สัดส่วนในตลาดที่แท้จริงตอนนี้มีผลึกเดี่ยวมากกว่า ซิลิคอนเวเฟอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ร้อยละ 96 ผลิตที่จีน ทำให้จีนสามารถคุมได้ตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำทำให้ราคาลดต่ำลงเรื่อยๆ ตั้งแต่ปี 2553 จากเดิมราคาต่อวัตต์ของเซลล์แสงอาทิตย์สูงประมาณ 80 บาทต่อวัตต์ ตอนนี้ลงมาเหลือ 20 บาทต่อวัตต์ ถ้าในระดับโซลาร์ฟาร์มต่ำกว่า 10 บาทต่อวัตต์ ดังนั้นต้นทุนพลังงานแสงอาทิตย์จะลดต่ำลงสาเหตุมาจากราคาแผงต่ำลง ประเทศอื่นไม่สามารถลดราคาลงได้เท่าจีน เพราะจีนคือผู้ผลิตเวเฟอร์ เมื่อนำไปขายต่อจะเป็นผู้กำหนดราคาและควบคุมคุณภาพได้หมด

ถาม: การแข่งขันของเทคโนโลยีฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐาน (amorphous silicon) เป็นอย่างไรครับ?

ตอบ:  

เมื่อประมาณ 10 กว่าปีที่แล้ว ฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐานเป็นเทคนิคในการเคลือบฟิล์ม โดยการใช้ก๊าซ เช่น ไซเลน หรือไฮโดรเจนมาสร้างฟิล์มซิลิคอนอสัณฐานบนฐานรองกระจก เพราะมีคุณสมบัติที่ดีคือต้นทุนถูกกว่าผลึก แต่ต่อมาผลึกราคาลงจนเทียบเท่าต้นทุนของฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐานทำให้ตอนนี้ฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐานค่อยๆ หายไปจากตลาดเหลือสัดส่วนอยู่น้อยมาก

ถาม: ถ้าอุปสงค์ลดลง การวิจัยและพัฒนายังคงดำเนินต่อไหมครับ หรือลดลงไปตามตลาด?

ตอบ:  

ลดลงค่ะ ไปเป็นเพียงชั้นหนึ่งในเซลล์ผลึกซิลิคอน เดิมทีใช้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์แต่เปลี่ยนไปเป็นตัวเสริมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ชนิดผลึกซิลิคอนแทน

ถาม: งานวิจัยที่ทำตอนอยู่ที่ศูนย์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC) เกี่ยวกับอะไรครับ?

ตอบ:  

ตอนทำที่ NECTEC ยังทำฟิล์มบางซิลิคอนอสันฐานอยู่โดยสร้างบนฐานรองโพลิอิไมด์ (polyimide) ซึ่งเป็นพลาสติกที่อ่อนตัวได้ ม้วนได้ พกพาได้เพราะมีน้ำหนักเบา ตอนนั้นในแง่ของเทคโนโลยีสามารถทำในห้องปฏิบัติการได้ขนาด 10×10 cm2 แต่การขยายสเกลต้องใช้เครื่องจักรที่ผลิตแบบโรลทูโรล (roll-to-roll processing) เหมือนเครื่องทอผ้า ซึ่งมีข้อจำกัดเรื่องต้นทุน เมื่อผลิตน้อย ราคาก็สูง จึงไม่คุ้มในเชิงเศรษฐศาสตร์ อีกทั้งยังหาผู้ลงทุนได้ยาก เพราะเป็นจังหวะที่ผลึกมีราคาต่ำลง ทุกคนก็หันไปสนใจผลึก
เซลล์แสงอาทิตย์แบบงอได้โดยสร้างบนฐานรองโพลิอิไมด์
เซลล์แสงอาทิตย์แบบงอได้โดยสร้างบนฐานรองโพลิอิไมด์

ภาพจาก: โครงการวิจัยและพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิ

ถาม: เมื่อผลึกมีราคาลดลง ต้องมีการปรับเปลี่ยนทิศทางการวิจัยอย่างไรครับ?

]]>
Pathompong Janetaisong https://www.entec.or.th/th/pathompong-janetaisong/ Tue, 02 Mar 2021 09:34:17 +0000 http://10.228.23.44:31077/?p=4152

Pathompong Janetaisong

Research Assistant

Education

  • 2014 M.Eng. in Materials Engineering Kasetsart University, Thailand
  • 2010 B.Eng. in Materials Engineering Kasetsart University, Thailand
Expertise

  • Bio-Lubricant
  • Biodiesel
  • Biogas

Email:

pathompong.jan@entec.or.th

]]>