เหตุใดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับสตาร์ทรถยนต์จึงยังไม่ได้รับความนิยมแพร่หลาย

ดังนั้น เมื่อเราพูดถึงแบตเตอรี่รถยนต์ เรามาทำความเข้าใจกันว่าเรากำลังพูดถึงแบตเตอรี่สตาร์ท ซึ่งเป็นอวัยวะสำคัญที่ช่วยในการเริ่มต้นและจ่ายพลังงานให้กับรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบเดิมๆ ของคุณ ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่แรงดันสูงขนาดใหญ่ที่รถยนต์ไฟฟ้า (EV) ใช้ทั้งเพื่อขับเคลื่อนระยะทางและให้พลังงาน แม้ว่าเทคโนโลยีลิเทียม-ไอออนจะถูกนำมาใช้มากขึ้นในหลากหลายการประยุกต์ใช้งาน แต่ก็ยังถือว่าผิดปกติอยู่สำหรับการใช้ในแบตเตอรี่สตาร์ทรถยนต์ บทความนี้จะเจาะลึกภาพรวมเบื้องหลังปรากฏการณ์ดังกล่าว โดยพิจารณาจากประเด็นด้านเทคโนโลยี เศรษฐกิจ และปัญหาด้านโลจิสติกส์ ที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเทียม-ไอออนยังไม่ได้รับการติดตั้งอย่างแพร่หลายในด้านนี้

แบตเตอรี่สตาร์ทรถยนต์ทำหน้าที่อะไร?

แบตเตอรี่ชนิดเริ่มต้นที่คุณจะพบในยานยนต์ถูกออกแบบมาเพื่อผลิตพลังงานสั้นๆ ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้เครื่องยนต์เริ่มทำงานและจุดระเบิดได้ และยังต้องทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้ทุกสภาพอากาศ ไม่ว่าจะเป็นฤดูหนาวที่เย็นจัดหรือฤดูร้อนที่ร้อนระอุ รวมถึงต้องทำงานร่วมกับอิเล็กทรอนิกส์ของรถได้อย่างกลมกลืน การสตาร์ทเครื่องยนต์ ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ EV ที่ได้รับการปรับแต่งอย่างพิถีพิถันเพื่อความหนาแน่นของพลังงาน (สำหรับรถยนต์ระยะทางไกล) มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง นั่นคือ ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้า (power density) และอายุการใช้งานในรอบการทำงานที่มีกำลังไฟสูง ประเด็นนี้มีความสำคัญ เนื่องจากเป็นเกณฑ์มาตรฐานที่ใช้เปรียบเทียบเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใดๆ ก็ตามที่ต้องการเข้ามาแข่งขันในบทบาทดังกล่าว แม้ว่าเทคโนโลยีลิเธียมไอออนจะมีความสุกงอมในระดับหนึ่งแล้ว แต่ก็ประสบปัญหาหลายประการทันทีเมื่อนำมาใช้ในแอปพลิเคชันเหล่านี้ ซึ่งเราจะได้กล่าวถึงในหัวข้อถัดไป

ข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีและประสิทธิภาพ

ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าและมีน้ำหนักเบากว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบเหล่านี้ไม่ค่อยมีความสำคัญสำหรับการใช้งานหลายประเภท อีกประเด็นหนึ่งคือประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ในอุณหภูมิที่ร้อนและหนาว ในสภาพอากาศหนาวเย็น เซลล์ลิเธียมไอออนอาจมีปัญหาเนื่องจากให้กระแสไฟสำหรับสตาร์ทเครื่อง (cranking amps) ได้จำกัด ซึ่งอาจไม่เพียงพอต่อการสตาร์ทยานพาหนะ ตรงข้ามกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่ยังคงทำงานได้ดีในสภาวะดังกล่าว และสามารถจ่ายพลังงานได้อย่างต่อเนื่อง แม้อุณหภูมิจะลดต่ำลง นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่กล่าวถึงข้างต้นยังต้องอาศัยระบบตรวจสอบแรงดันเพื่อป้องกันการชาร์จเกิน หรืออุปกรณ์ป้องกันการคายประจุเกินซึ่งมีความซับซ้อน เมื่อมีการชาร์จจากแหล่งชาร์จบนยานพาหนะที่ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อแบตเตอรี่ประเภทนี้ เช่น ยานพาหนะที่ต้องการเพียงแค่ตัวตรวจจับแบตเตอรี่ตะกั่วกรดที่เรียบง่ายกว่ามาก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบและจัดการอย่างใกล้ชิด มิฉะนั้นอาจเกิดความเสียหายหรือถูกทำลายได้ ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนและต้นทุนเข้าไปอีก

ข้อกังวลด้านเศรษฐกิจและความปลอดภัย

ราคาเป็นอีกปัญหาหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสำหรับเครื่องยนต์สตาร์ท ซึ่งมีต้นทุนการผลิตสูงกว่าแบตเตอรี่กรดตะกั่วอย่างมาก แม้ว่าแบตเตอรี่กรดตะกั่วจะได้รับการพัฒนาและปรับปรุงมาหลายทศวรรษจนเกิดประโยชน์จากขนาดเศรษฐกิจ (economies of scale) แต่ถึงกระนั้นในระดับราคานี้ แบตเตอรี่กรดตะกั่วก็เพียงแค่เพียงพอต่อความต้องการของผู้ใช้งานและผู้ผลิตรายใหญ่ส่วนใหญ่เท่านั้น อีกปัจจัยสำคัญคือความปลอดภัย แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอาจมีอันตรายหรือไม่ปลอดภัยหากแบตเตอรี่ถูกเจาะ ร้อนจัด หรือเกิดวงจรลัดวงจร นอกจากนี้ยังเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้แม้แบตเตอรี่กรดตะกั่วจะไม่ปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ แต่ก็ยังถือว่าปลอดภัยกว่า/มีความเสถียรมากกว่าเมื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น การใช้งานในยานยนต์) เนื่องจากปัจจัยเหล่านี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงไม่เหมาะสมนักสำหรับการใช้งานในปริมาณมากในฐานะแบตเตอรี่สตาร์ท จากมุมมองด้านเศรษฐกิจและความมั่นคง

ความนิยมของการใช้แบตเตอรี่กรดตะกั่ว

มีเหตุผลที่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดยังคงถูกใช้งานมานานกว่า 100 ปีในฐานะแหล่งพลังงานเริ่มต้นในยานยนต์ มันมีความน่าเชื่อถือสูงและสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าสูงที่จำเป็นสำหรับการสตาร์ทเครื่องยนต์ได้โดยไม่เสื่อมสภาพรุนแรงแม้จะปล่อยประจุบ่อยครั้ง นอกจากนี้ เทคโนโลยียังมีความสมบูรณ์แล้ว โดยมีกระบวนการผลิตและการรีไซเคิลที่สามารถนำวัสดุส่วนใหญ่กลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งตามงานวิจัยที่เผยแพร่ระบุว่ามันยั่งยืน อีกทั้งยังสอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่า แบตเตอรี่ตะกั่วกรดเข้ากันได้ดีกับโครงสร้างของรถยนต์ที่มีอยู่ และพิสูจน์ให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงระบบหลักๆ เช่น สถานีชาร์จ หรือโครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้า แน่นอนว่าความสะดวกในการติดตั้งในเทคโนโลยีและโรงงานผลิตอื่นๆ ร่วมกับต้นทุนที่ต่ำ ทำให้มันกลายเป็นทางเลือกที่ชัดเจน สรุปคือ อุตสาหกรรมรถยนต์แทบจะไม่ได้ประโยชน์อะไรจากการเปลี่ยนไปใช้ลิเธียมไอออนสำหรับการสตาร์ท โดยเฉพาะเมื่อเทคโนโลยีตะกั่วกรดที่มีอยู่เดิมสามารถมอบความมั่นใจให้ผู้บริโภคได้อยู่แล้ว

แนวโน้มอุตสาหกรรมและมุมมองในอนาคต

สิ่งเหล่านี้อาจเปลี่ยนแปลงไปในอนาคตสำหรับแบตเตอรี่เริ่มต้น แต่คาดว่าการเปลี่ยนแปลงจะมีเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดต่างๆ เหล่านี้กำลังกลายเป็นสิ่งที่จัดการได้ง่ายขึ้นด้วยความก้าวหน้าของเคมีภัณฑ์ลิเธียมไอออน รวมถึงการปรับปรุงสารอนุพันธ์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในรูปแบบต่างๆ ที่ทำให้มีความปลอดภัยมากขึ้น และ/หรือต้นทุนที่ดีขึ้น แต่อุตสาหกรรมผู้สังเกการณ์กล่าวว่า เทคโนโลยีจะต้องพัฒนาต่อไป และแนวทางปฏิบัติของอุตสาหกรรมรวมถึงผู้บริโภคจะต้องปรับตัวเข้ากับมัน เมื่อรถยนต์มีการนำเสนอฟีเจอร์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มมากขึ้นและเปลี่ยนผ่านสู่ระบบไฮบริด ความต้องการแบตเตอรี่เริ่มต้นอาจเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งอาจเปิดโอกาสให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเข้ามาแทนที่ อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะยังคงเป็นเทคโนโลยีชั้นนำในระยะสั้น เนื่องจากมีโครงสร้างพื้นฐานที่มั่นคงและมีข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจ การเปลี่ยนผ่านไปสู่เทคโนโลยีใหม่จะเป็นการผสมผสานระหว่างการสร้างสรรค์และความจำเป็นในการใช้งาน

สรุปได้ว่า แบตเตอรี่รถยนต์แบบลิเธียมไอออนยังไม่แพร่หลายในระบบสตาร์ท-ดับเครื่อง (start-stop) เนื่องจากข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพและต้นทุน ความกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัย รวมถึงฐานเทคโนโลยีตะกั่วกรดที่มีอยู่เดิมและแข็งแกร่งมาก แม้ว่าลิเธียมไอออนจะเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสำหรับการประยุกต์ใช้งานอื่น ๆ แต่ยังมีการนำมาใช้เพื่อการสตาร์ทรถยนต์แบบดั้งเดิมอย่างจำกัดมาก ข้อเท็จจริงเหล่านี้อธิบายได้ว่าทำไมนวัตกรรมจึงยังคงพัฒนาอยู่ในภาคส่วนอื่น ๆ ในขณะที่ภาคยานยนต์ยังให้ความสำคัญกับโซลูชันที่ผ่านการทดสอบและพิสูจน์แล้ว