“แบตเตอรี่สังกะสีไอออน” นวัตกรรมแบตเตอรี่ปลอดภัย

นับวันแบตเตอรี่จะมีบทบาทสำคัญมากขึ้น เพราะนอกจากจะนำไปใช้งานเป็นระบบกักเก็บพลังงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลาย เช่น สมาร์ตโฟน กล้องดิจิทัล คอมพิวเตอร์พกพา ยังเป็นหัวใจสำคัญของการพัฒนาหุ่นยนต์และยานยนต์ไฟฟ้าในอนาคต ทว่าแบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน แม้จะมีน้ำหนักเบาและความจุไฟฟ้าสูง ก็ยังมีข้อเสียเรื่องความปลอดภัย เพราะแบตเตอรี่ชนิดนี้สามารถติดไฟและระเบิดได้ตามที่ปรากฏเป็นข่าวอยู่บ่อยครั้ง อีกทั้งยังมีส่วนผสมของโลหะหนักที่เป็นมลพิษต่อสิ่งแวดล้อ

ศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ (NSD) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมกับจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และกรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกลาโหม พัฒนา “แบตเตอรี่สังกะสีไอออน” แบตเตอรี่ทางเลือกใหม่ ปลอดภัย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

“แบตเตอรี่ชนิดลิเทียม” ระเบิดได้ เสี่ยงขาดแคลน

ดร.ศิวรักษ์ ศิวโมกษธรรม ผู้อำนวยการศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ (NSD) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) เล่าถึงที่มางานวิจัยว่า ทุกวันนี้แบตเตอรี่ที่นิยมใช้เชิงพาณิชย์คือแบตเตอรี่แบบลิเทียมไอออน เพราะเป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงานสูงที่สุดเมื่อเทียบต่อน้ำหนักของแบตเตอรี่ เหมาะต่อการใช้งานกับอุปกรณ์ที่ต้องเคลื่อนย้ายพกพาได้สะดวก แต่ยังมีข้อจำกัดคือ ปัญหาด้านความปลอดภัย เนื่องจากการผลิตแบตเตอรี่ชนิดนี้ใช้อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ซึ่งเป็นพิษและไวไฟ สามารถระเบิดได้ นอกจากนี้แบตเตอรี่แบบลิเทียมไอออนยังมีส่วนผสมของโลหะหนัก หากมีการใช้จำนวนมากและกำจัดไม่ถูกต้อง ย่อมมีโอกาสเกิดการรั่วไหลของสารพิษออกสู่สิ่งแวดล้อมได้

“ไม่เพียงปัญหาด้านความปลอดภัย การพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบลิเทียมในประเทศไทยยังต้องอาศัยการพึ่งพาต่างประเทศเป็นหลัก เพราะประเทศไทยไม่มีแหล่งผลิตแร่ลิเทียม ต้องนำเข้าจากต่างประเทศทั้งหมด ขณะเดียวกันทรัพยากรแร่ลิเทียมยังเป็นแร่หายาก หากมีความต้องการใช้ในปริมาณมากเพื่อสร้างระบบกักเก็บไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานไฟฟ้าหมุนเวียน รวมถึงการผลิตยานยนต์ไฟฟ้า อาจจะทำให้เกิดภาวะขาดแคลน และเกิดการขัดแย้งแย่งชิงทรัพยากรในอนาคต”

“แบตเตอรี่สังกะสีไอออน” ปลอดภัย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ดร.อดิสร เตือนตรานนท์ นักวิจัยศูนย์ NSD สวทช. เล่าถึงแบตเตอรี่สังกะสีไอออนที่ทีมวิจัยร่วมกันพัฒนาว่า ได้นำเทคโนโลยีกราฟีนเข้ามาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บประจุของแบตเตอรี่ ซึ่งแบตเตอรี่สังกะสีไอออนมีค่าการเก็บประจุสูงถึง 200-220 mAh/g และมีค่าความหนาแน่นพลังงานอยู่ในช่วง 200-250 Wh/kg ให้ค่าแรงดันได้ 1.2–1.4 โวลต์ สามารถใช้งานได้ยาวนานกว่า 2,000 รอบ มีประสิทธิภาพด้านความหนาแน่นพลังงานสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด และสามารถเทียบเคียงกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนบางชนิดได้

“แบตเตอรี่สังกะสีไอออนยังมีจุดเด่นในหลายด้าน เช่น ด้านราคา ด้านความปลอดภัย และด้านความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เนื่องจากวัตถุดิบสังกะสีมีราคาถูกและมีปริมาณมากในธรรมชาติ แบตเตอรี่สังกะสีไอออนมีความปลอดภัยสูง ไม่ติดไฟ ไม่ระเบิดแม้ถูกเจาะ ที่สำคัญไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถนำมารีไซเคิลได้ ทั้งยังให้สมรรถนะที่ดี สำหรับแนวทางการนำไปใช้งาน เช่น ระบบกักเก็บพลังงานแบบอยู่กับที่ แบตเตอรี่สำรองไฟฟ้าในบ้านพักอาศัย สถานีวิทยุสื่อสารทหาร รถไฟฟ้าและรถบรรทุกไฟฟ้า หรือสถานที่ที่ต้องการความปลอดภัยสูง อาทิ แท่นขุดเจาะน้ำมัน”

“แบตเตอรี่สังกะสี” อุตสาหกรรมใหม่ สร้างความมั่นคงด้านพลังงานให้ประเทศ

ด้วยศักยภาพของแบตเตอรี่สังกะสีไอออนทั้งประสิทธิภาพ ราคา และความปลอดภัย ทำให้มีการตั้งเป้าพัฒนาสู่ “แบตเตอรี่สมรรถนะสูง” นับเป็นโอกาสและความท้าทายในการสร้าง “อุตสาหกรรมใหม่” ให้แก่ประเทศ

ดร.ศิวรักษ์ กล่าวเพิ่มเติมว่า แบตเตอรี่สังกะสีไอออนที่ศูนย์ NSD วิจัยพัฒนาขึ้นมา มีประสิทธิภาพที่ไม่ได้ด้อยกว่าแบตเตอรี่แบบลิเทียมที่ใช้กันอยู่ปัจจุบัน อีกทั้งยังมีราคาถูกกว่า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ที่สำคัญประเทศไทยมีแหล่งสำรองแร่สังกะสี จึงเป็นโอกาสทางธุรกิจที่จะสร้างอุตสาหกรรมใหม่ทางด้านการผลิตแบตเตอรี่สังกะสีแบบปลอดภัยได้เองในประเทศ ซึ่งประโยชน์ที่เกิดขึ้นนอกจากจะช่วยเพิ่มศักยภาพในการแข่งขัน ลดการพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศแล้ว ยังเป็นการเสริมสร้างความมั่นคงทางพลังงานและความยั่งยืนทางสิ่งแวดล้อมของประเทศด้วย

“ขณะนี้ สวทช. ได้ร่วมกับจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และกรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกลาโหม จัดตั้งและดำเนินการศูนย์ความเป็นเลิศด้านนวัตกรรมแบตเตอรี่ล้ำสมัย ที่ผลิตจากวัตถุดิบภายในประเทศเพื่อความมั่นคง เพื่อเป็นหน่วยงานหลักในการวิจัย และเป็นศูนย์กลางในเครือข่ายงานวิจัยนวัตกรรมแบตเตอรี่ ที่ผลิตจากวัตถุดิบภายในประเทศ อีกทั้งยังมีการจัดทำ “โครงการศึกษาความเป็นไปได้การลงทุนจัดตั้งโรงงานต้นแบบแบตเตอรี่สังกะสีไอออนในประเทศไทย” โดยได้รับการสนับสนุนทุนการวิจัยจากแหล่งทุน กฟผ.-สวทช. เพื่อศึกษาแนวทางในการพัฒนาและผลักดันเทคโนโลยีแบตเตอรี่สังกะสีให้เกิดขึ้นในประเทศไทย โดยมีแผนจัดสร้างโรงงานต้นแบบแบตเตอรี่สังกะสีไอออนที่เขตนวัตกรรมระเบียงเศรษฐกิจพิเศษภาคตะวันออก หรือ EECi (Eastern Economic Corridor of Innovation) ซึ่งตั้งอยู่ในวังจันทร์วัลเลย์ จังหวัดระยอง ในอนาคตอันใกล้นี้”

ความสำเร็จในการวิจัยพัฒนา “แบตเตอรี่สังกะสีไอออน” ของนักวิจัยไทย ไม่เพียงสร้างแบตเตอรี่ทางเลือกใหม่ที่ใช้ได้อย่างปลอดภัย แต่ยังเป็นความหวังในการสร้างอุตสาหกรรมใหม่ที่จะสร้างทั้งรายได้ ความมั่นคงทางพลังงาน รวมถึงการรักษาสิ่งแวดล้อมที่ยั่งยืนให้แก่ประเทศ

ผู้เรียบเรียง: นางสาววัชราภรณ์ สนทนา ฝ่ายสร้างสรรค์สื่อและผลิตภัณฑ์ สวทช.