แบตเตอรี่โซลิดสเตตกับลิเธียมไอออน ต่างกันอย่างไร และทำไมยังไม่มา

แบตเตอรี่โซลิดสเตต (Solid-state battery) ถูกพูดถึงในฐานะเทคโนโลยีที่จะปฏิวัติวงการรถยนต์ไฟฟ้ามานานเกือบสิบปี แต่จนถึงปี 2569 นี้ ก็ยังไม่มีการนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปอย่างเต็มรูปแบบ สาเหตุหลักมาจากอุปสรรคทางเทคนิคและต้นทุนการผลิตที่สูงเกินคาด

ปัญหาสำคัญของแบตเตอรี่โซลิดสเตต

หนึ่งในปัญหาหลักคือเรื่องรอยต่อของแข็ง ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิม อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวสามารถซึมเข้าไปทั่วทุกอณูของขั้วไฟฟ้า ทำให้การนำไฟฟ้าสะดวก แต่ในแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่ใช้วัสดุแข็งทั้งหมด (Solid-to-Solid) พื้นที่สัมผัสระหว่างขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ไม่สามารถแนบสนิทได้ 100% ส่งผลให้เกิดแรงต้านทานภายในสูง ประสิทธิภาพลดลงเมื่อใช้งานนานหรือชาร์จเร็ว และวัสดุอาจขยายตัวหรือหดตัวจนเกิดรอยร้าวในโครงสร้างได้

อีกปัญหาคือการเกิดหนามลิเธียม (Dendrites) ซึ่งเดิมหวังว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะช่วยป้องกันได้ แต่กลับพบว่าหนามลิเธียมยังสามารถแทรกผ่านรอยร้าวเล็กๆ ในวัสดุเซรามิกหรือของแข็งได้ ทำให้ความปลอดภัยยังไม่สมบูรณ์แบบตามที่คาดหวัง

—

ต้นทุนการผลิตที่สูงลิ่ว

ข้อมูลจากวงการอุตสาหกรรมยานยนต์ปี 2569 ระบุว่า ต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตแบบ All-Solid-State ยังสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมถึง 6-8 เท่า วัสดุอย่างซัลไฟด์ (Sulphide) หรือลิเธียมฟอยล์มีราคาแพง และต้องใช้กระบวนการผลิตในห้องแห้งสนิท (Dry Room) รวมถึงต้องใช้แรงดันมหาศาลในการประกอบเซลล์เพื่อให้วัสดุแข็งแนบสนิทกัน นอกจากนี้ โรงงานผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอยู่ทั่วโลกไม่สามารถปรับมาใช้ผลิตโซลิดสเตตได้ทันที ต้องลงทุนเครื่องจักรใหม่และระบบควบคุมสภาพแวดล้อมที่เข้มงวดกว่าเดิม ซึ่งบริษัทรถยนต์ยังไม่กล้าทิ้งโรงงานเดิมที่เพิ่งลงทุนไปหลายหมื่นล้านบาท

สถานการณ์ปัจจุบันในปี 2569

แม้จะดูช้า แต่ก็มีความคืบหน้าที่ชัดเจน โดยโตโยต้า (Toyota) ยังคงเป็นผู้นำด้านสิทธิบัตรกว่า 1,000 ฉบับ และมีแผนเริ่มผลิตแบบจำนวนจำกัด (Pilot Production) สำหรับรถระดับหรูหรือรุ่นพิเศษในช่วงปี 2570-2571 ส่วนแบรนด์จีน เช่น เชอรี่ (Chery), บีวายดี (BYD), และนิโอ (Nio) เริ่มใช้แบตเตอรี่แบบกึ่งแข็งกึ่งเหลว (Semi-Solid State) เป็นทางเลือกก่อน ซึ่งให้ความจุสูงขึ้นแต่ยังผลิตได้ง่ายกว่าแบบแข็ง 100%

ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่า แบตเตอรี่โซลิดสเตตจะมีส่วนแบ่งการตลาดเกิน 1% ของรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกได้ในปี 2573 หรือหลังจากนั้น การเปลี่ยนผ่านจากงานวิจัยในห้องแล็บสู่การผลิตระดับอุตสาหกรรมนั้นยากและซับซ้อนกว่าที่คิดไว้มาก

เปรียบเทียบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกับโซลิดสเตต

ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดคือสถานะของอิเล็กโทรไลต์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้ของเหลวหรือเจลเป็นอิเล็กโทรไลต์ (Liquid Electrolyte) และมีแผ่นกั้น (Separator) เพื่อป้องกันขั้วไฟฟ้าแตะกัน ส่วนแบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้วัสดุแข็งเป็นอิเล็กโทรไลต์ (Solid Electrolyte) เช่น เซรามิกหรือแก้ว ซึ่งทำหน้าที่ทั้งนำไอออนและเป็นแผ่นกั้นในตัว

• ความหนาแน่นพลังงาน: ลิเธียมไอออนต่ำกว่า (ต้องการพื้นที่มากกว่า) ส่วนโซลิดสเตตสูงกว่า (เก็บพลังงานได้มากกว่าในขนาดเท่ากัน)
• ความปลอดภัย: ลิเธียมไอออนเสี่ยงต่อการลุกไหม้หากรั่วหรือร้อนจัด ส่วนโซลิดสเตตปลอดภัยสูง ไม่ติดไฟ ทนความร้อนได้ดีกว่า
• ความเร็วในการชาร์จ: ลิเธียมไอออนชาร์จเร็วได้ระดับหนึ่ง (จำกัดด้วยความร้อน) ส่วนโซลิดสเตตชาร์จเร็วกว่ามากโดยไม่เสียเสถียรภาพ
• อายุการใช้งาน: ลิเธียมไอออนเสื่อมสภาพตามรอบการชาร์จ โดยเฉพาะการชาร์จ DC บ่อยครั้ง ส่วนโซลิดสเตตมีอายุยาวนานกว่าเนื่องจากวัสดุแข็งทนทาน
• ต้นทุนการผลิต: ลิเธียมไอออนต่ำกว่าเนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่แพร่หลาย ส่วนโซลิดสเตตยังสูงและไม่แพร่หลาย

ทำไมโซลิดสเตตถึงเป็นความหวัง

ด้วยความหนาแน่นพลังงานที่สูงกว่า ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าสามารถวิ่งได้ระยะทางเพิ่มขึ้นเกือบเท่าตัวโดยไม่ต้องขยายขนาดแบตเตอรี่ ความปลอดภัยที่เหนือกว่าเนื่องจากไม่มีของเหลวไวไฟ โอกาสเกิดระเบิดหรือไฟไหม้ลดลงอย่างมาก และการชาร์จที่เร็วขึ้นใกล้เคียงกับการเติมน้ำมัน (ประมาณ 10-15 นาที) ทำให้เป็นเทคโนโลยีที่น่าจับตามอง

แม้ว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะเป็นความหวังในเกือบทุกด้านของประสิทธิภาพ แต่ปัจจุบันเรายังคงใช้ลิเธียมไอออนเป็นหลักเนื่องจากกระบวนการผลิตที่เสถียรและราคาถูกกว่า คาดว่าเราจะเริ่มเห็นแบตเตอรี่โซลิดสเตตในรถยนต์ระดับเรือธงหรืออุปกรณ์เฉพาะทางในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า