ปัจจัยหนึ่งที่ทำให้คนยังลังเลและกังวลที่จะใช้รถยนต์ไฟฟ้า เนื่องด้วยแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า ยังใช้เวลาชาร์จไฟนานในแต่ละครั้ง ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ยังมีข้อจำกัดเรื่องระยะทางในการขับขี่ ด้วยเหตุนี้ ในแวดวงการวิจัยจึงยังมีการคิดค้นและพัฒนาแบตเตอรี่เพื่อมาแก้ Pain Point ดังกล่าว การคิดค้น แบตเตอรี่กราฟีน ด้วยฝีมือของนักวิจัยไทยจึงเกิดขึ้น
ทั้งนี้ ล่าสุดประเทศไทย ได้ประกาศความสำเร็จในการคิดค้น ‘แบตเตอรี่กราฟีน’ แห่งแรกของไทย โดยทีมนักวิจัยจากคณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง หรือ สจล. ถือเป็นผู้บุกเบิกการนำวัสดุกราฟีนสู่ภาคอุตสาหกรรมไทย
รู้กันก่อน จุดเด่น ‘แบตเตอรี่กราฟีน’ คืออะไร? ทำไมถึงดีกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน?
ก่อนอื่นเราต้องทำความเข้าใจก่อนว่า กราฟีน (Graphene) คือ ชั้นอะตอมของคาร์บอนที่เรียงตัวต่อกันเป็นโครงสร้าง 6 เหลี่ยม (Hexagonal) ซึ่งโดดเด่นด้วยคุณสมบัติพิเศษหลายด้าน มีความบางที่สุดในโลก มีความแข็งแกร่งกว่าเพชรและเหล็กกล้าถึง 200 เท่า นำไฟฟ้าได้ดี น้ำหนักเบาแต่พื้นผิวมาก กราฟีน 1 กรัม จะมีพื้นผิวเท่ากับ 10 สนามเทนนิส และเป็นประโยชน์ในการสร้างนวัตกรรมต่างๆ มากมาย
สำหรับจุดเด่นของแบตเตอรี่กราฟีน คือ เป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ดี มีคุณสมบัติเหมาะสมต่อการนำมาพัฒนาแบตเตอรี่ โดยสามารถชาร์จไฟได้เร็ว และกักเก็บพลังงานได้มากขึ้นจากแบตเตอรี่แบบเดิม ทำให้สามารถขับขี่ได้ไกลขึ้น ที่สำคัญไม่ระเบิด ไม่ติดไฟ จึงปลอดภัยต่อการใช้งาน
ทั้งนี้ด้วยความที่วัสดุที่ใช้กราฟีนจะมีความพรุนสูงและมีพื้นที่ผิวที่มากกว่า และมีความแข็งแรงและน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการชาร์จและความยืดหยุ่นสูง และเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานอย่างมาก
และด้วยความที่กราฟีนมีการนำไฟฟ้าสูงจะช่วยให้ถ่ายโอนพลังงานได้มากขึ้นและชาร์จไฟเร็วขึ้นแต่ความร้อนน้อยลง นอกจากนั้นยังผ่านการย่อยสลายน้อยกว่าเมื่อเทียบกับลิเธียมในขณะที่ให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ EV ได้อย่างมาก นอกจากนี้ แบตเตอรี่กราฟีนยังประหยัดต้นทุนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนกว่าแบตเตอรี่ EV ประเภทอื่นๆ อีกด้วย
ซึ่งเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนแล้ว แบตเตอรี่กราฟีน ยังมีต้นทุนที่ถูก ทนทาน ปลอดภัย และใช้งานได้ยาวนานกว่ามาก ยิ่งกว่านั้นคือกราฟีนยังเป็นวัสดุที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ จึงเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และตอบโจทย์เศรษฐกิจ BCG ได้อย่างมีประสิทธิภาพนั่นเอง
ปลดล็อคแบตเตอรี่ไทยทำ นวัตกรรมตอบโจทย์เทรนด์ความนิยม รถ EV
โดยขณะนี้งานวิจัยแบตเตอรี่กราฟีนสำหรับใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า กำลังจะพร้อมทดสอบกับมอเตอร์ไซค์และรถตุ๊กตุ๊กภายในต้นปีหน้า ก่อนที่จะพัฒนาต่อไปเพื่อทดสอบกับรถยนต์ไฟฟ้าประเภทอื่น ซึ่งปัจจุบัน สจล.เป็นแห่งเดียวในไทยที่สามารถผลิตวัสดุ “กราฟีน” ได้เองจากโรงงานต้นแบบผลิตกราฟีนใน สจล.
และต่อไปจะมีกำลังผลิตเดือนละ 15 กิโลกรัม ทดแทนการนำเข้าซึ่งมีราคากิโลกรัมละกว่า 10 ล้านบาท คิดเป็นมูลค่ารวมกว่า 60 -100 ล้านบาทต่อเดือน ซึ่งมีราคาต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่าการนำเข้าจากต่างประเทศถึง 50% นับเป็นความสำเร็จในเฟส 1 และวันนี้ เป็นความสำเร็จในเฟส 2 ที่ทีมวิจัยคิดค้นพัฒนาแบตเตอรี่กราฟีน โดยใช้ รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ ร่วมกับคาร์บอนจากวัสดุการเกษตรธรรมชาติเหลือทิ้งมาใช้ประดิษฐ์ขั้วไฟฟ้า
ทั้งนี้ทีมวิจัย คณะวิทยาศาสตร์ สจล. ได้คิดค้นนวัตกรรมกราฟีน จนสามารถคว้ารางวัลการวิจัยแห่งชาติปี 2566 ได้สำเร็จ เป็นการคิดค้นพัฒนา “แบตเตอรี่กราฟีน” โดยใช้รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ ร่วมกับคาร์บอนจากวัสดุการเกษตรธรรมชาติ เช่น ถ่านเปลือกทุเรียน ถ่านกัญชง ถ่านหินลิกไนต์ และคาร์บอนทั่วไป มาประดิษฐ์ขั้วไฟฟ้า ถือเป็นการสนับสนุนแนวทางเศรษฐกิจ BCG (Bio-Circular-Green Economy) ลดปริมาณขยะสิ่งแวดล้อม ลดการนำเข้า เป็นการสร้างมูลค่าเพิ่มจากการใช้วัสดุการเกษตรเหลือใช้ภายในประเทศได้อย่างมีประสิทธิภาพ
นอกจากนี้ สจล. ยังได้พัฒนาวัสดุใหม่ คือ วัสดุคอมโพสิตยางพารา ผสม นาโนกราฟีนออกไซด์ เพื่อป้องกันการคายประจุจากไฟฟ้าสถิต ทั้งเป็นตัวดูดซับสารอิเล็กโทรไลต์ให้มีสภาพเปียกได้สูง มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง ช่วยให้การเคลื่อนที่ของไอออนไหลผ่านได้ดีขึ้นจากรูพรุนที่เหมาะสม ส่งผลให้ยางพารามีประสิทธิภาพในการเป็นตัวแยกขั้วไฟฟ้าที่ดี ไม่มีความร้อนสะสมภายใน ทนต่อความร้อนและปฏิกิริยาเคมีจากกราฟีนออกไซด์ ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่ราคาถูกกว่าลิเธียมไอออนมาก
โดยในอนาคต สจล. ระบุว่า จะพัฒนาให้สามารถใช้ได้กับยานยนต์ไฟฟ้า EV มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า สามล้อไฟฟ้า ถือเป็นการพัฒนาสู่เฟสที่ 3 และ 4 เพื่อรองรับอุตสาหกรรมใหม่ก้าวเป็นฮับ EV และสังคมที่ยั่งยืน ซึ่งถือว่าเป็นนิมิตรหมายที่ดีต่ออุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าของไทย หากเราสามารถผลิตแบตเตอรี่สำหรับใช้งานรถ EV ได้เองในประเทศ จะทำให้รถที่ประกอบในประเทศอาจมีราคาถูกลงตามไปด้วย
แล้วนวัตกรรมกราฟีน ต่อยอดสู่อะไรได้บ้าง?
นอกจาก กราฟีน จะใช้ผลิตเป็นแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพแล้ว ยังสามารถต่อยอดสู่นวัตกรรมอื่นๆ ได้อีกมากมาย อาทิ เม็ดพลาสติกกราฟีน, ผ้าไหมไทยย้อมกราฟีน โดยคิดค้นพัฒนาเส้นด้ายไหมและผลิตผ้าไหมด้วยวัสดุอนุพันธ์กราฟีน หรือจะเป็น นวัตกรรมตรวจจับพลาสมาบับเบิ้ล (Plasma Bubble) เพื่อคาดการณ์ภัยพิบัติ นำร่องอากาศยาน และใช้ GPS ได้อย่างแม่นยำและปลอดภัย
และเป็นที่ทราบกันดีว่าปัจจุบันรถยนต์ไฟฟ้า หรือ รถ EV ส่วนใหญ่จะใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ส่งผลให้รถ EV มีน้ำหนักมาก เนื่องจากต้องใช้เซลล์แบตเตอรี่จำนวนมาก และยังมีอุณหภูมิที่สูงระหว่างการใช้งาน ที่สำคัญมีต้นทุนการผลิตที่สูง ซึ่งหากแบตเตอรี่ถูกพัฒนาให้เบาลงได้ ก็จะทำให้รถ EV วิ่งได้ไกลขึ้นและยังทำให้รถ EV ชาร์จเร็วกว่าเดิมถึง 60 เท่า ด้วย
ทั้งนี้มีการคาดการณ์ว่า เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ใช้กราฟีนประเภทต่างๆ จะถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ เช่นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบกราฟีนจะมีใช้ใน 1-3 ปีข้างหน้า ส่วนแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตจะมีใช้ใน 4-8 ปี ขณะที่ตัวเก็บประจุแบบกราฟีนจะมีให้ใช้ภายใน 10 ปีข้างหน้า
เนื่องจากปัจจุบันแร่ลิเธียมลดลงมากจึงเริ่มขาดแคลน ดังนั้น แบตเตอรี่กราฟีน ที่มีราคาถูกและรีไซเคิลได้ง่ายกว่ามาก และโซเดียมและอะลูมิเนียมมีปริมาณมากกว่าลิเธียมจึงมีโอกาสมาแทนที่ในไม่ช้า ที่น่าสนใจคือแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ไอออนแบบกราฟีน ซึ่งเป็นการผสมผสานของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ มีแนวโน้มจะสามารถเป็นแบตเตอรี่ EV หลักได้ในอนาคต เนื่องจากเซลล์อลูมิเนียมกราฟีนสามารถชาร์จได้เร็วกว่าเซลล์ลิเธียมไอออนถึง 60 เท่า และเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่อื่นอย่างมาก
ด้วยเหตุนี้ ปัจจุบันค่ายรถยนต์ไฟฟ้าหลายค่าย เริ่มพัฒนาแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ กันมากขึ้น เนื่องจากลิเธียมเริ่มขาดแคลนและต้องลงทุนที่สูงขึ้น ขณะที่แบตเตอรี่กราฟีนตอบโจทย์ในหลายด้าน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการใช้แบตเตอรี่กราฟีนในรถยนต์ไฟฟ้าจะเป็นไปได้ แต่ในปัจจุบันยังไม่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์
เนื่องจากจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อพัฒนาเทคนิคการผลิตจำนวนมากและเพื่อกำหนดความสามารถเชิงปฏิบัติของวัสดุเพิ่มเติมต่อไป จึงเป็นเรื่องที่ต้องติดตามกันต่อไปว่า เทคโนโลยีกราฟีน จะมาเปลี่ยนโลกธุรกิจรถยนต์ไฟฟ้าให้ก้าวไปข้างหน้าอย่างยั่งยืนโดยเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นได้อย่างไร
ที่มา :
- บทความเรื่อง “แบตเตอรี่กราฟีน” ฝีมือคนไทย! ราคาถูก ชาร์จไว สำหรับ รถยนต์ไฟฟ้า ใช้ทดแทนลิเธียมไอออนได้” จากเว็บไซต์ bangkokbanksme.com
- เอกสารวิชาการ “แบตเตอรี่กราฟีน” จาก คณะวิทยาศาสตร์ สจล.
