นักวิจัยจีนพบอิเล็กโทรไลต์ใหม่ ทนอุณหภูมิติดลบ -70 องศาเซลเซียส พร้อมลุ้นเพิ่มระยะทางวิ่งได้ 2 เท่า

ใครเคยใช้มือถือกลางแจ้งตอนหน้าหนาว แล้วแบตหายวับจาก 40% เหลือ 0% ในพริบตาบ้าง? นั่นไม่ใช่มือถือเสีย แต่เป็นธรรมชาติของแบต Lithium ที่ทำงานได้แย่ลงมากเมื่อเจอความเย็น และปัญหานี้ยิ่งรุนแรงขึ้นอีกหลายเท่าเมื่อเราพูดถึงรถ EV

แบต Lithium ทุกวันนี้ใช้สารละลายที่เรียกว่า Electrolyte ทำหน้าที่เป็นตัวกลางให้ Ion ไหลไปมาระหว่างขั้วบวกกับขั้วลบ เปลี่ยนพลังงานเคมีที่เก็บไว้ให้กลายเป็นกระแสไฟฟ้า Electrolyte ที่ใช้กันทั่วไปทำจากสารประกอบ Nitrogen กับ Oxygen เป็นหลัก เพราะมันละลาย Lithium Salt ได้ดี

ปัญหาคือพอเจออากาศเย็น Electrolyte พวกนี้จะข้นขึ้น เหมือนน้ำผึ้งที่เอาไปแช่ตู้เย็น Ion เคลื่อนที่ช้าลง ประสิทธิภาพในการส่งผ่านประจุก็ลดลงตาม ผลที่เกิดขึ้นคือแบตจ่ายไฟได้น้อยลง ชาร์จนานขึ้น วิ่งได้ระยะสั้นลง แถมถ้าฝืนชาร์จในอุณหภูมิต่ำกว่า 0°C อาจทำให้แบตเสียหายถาวรเลยด้วยซ้ำ

สำหรับรถ EV นี่คือจุดอ่อนใหญ่มาก ประเทศที่หนาวจัดอย่างนอร์เวย์ แคนาดา หรือจีนตอนเหนือ รถ EV วิ่งได้ระยะทางหดหายไปเกินครึ่งเมื่อเทียบกับตอนอากาศปกติ คนที่ใช้ Tesla ในรัฐ Minnesota ของสหรัฐฯ เคยรายงานว่าพอเจอหน้าหนาวจัดๆ ระยะวิ่งหายไปเกือบ 40% เลยทีเดียว นี่จึงเป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่หลายคนยังลังเลไม่กล้าเปลี่ยนมาใช้ EV

นักวิจัยจีนคิดค้นสารละลายตัวใหม่

ทีมวิจัยจาก มหาวิทยาลัย Nankai ในเมือง Tianjin ร่วมกับ สถาบันพลังงานอวกาศ Shanghai หรือ SISP ได้พัฒนาสารละลายตัวใหม่ที่ทำจาก Hydrofluorocarbon หรือเรียกสั้นๆ ว่า HFC ซึ่งเป็นสารประกอบของ Hydrogen, Fluorine และ Carbon

ไอเดียเบื้องหลังค่อนข้างน่าสนใจ แทนที่จะใช้สาร Nitrogen และ Oxygen แบบเดิมที่ข้นตัวง่ายเวลาเจอความเย็น ทีมวิจัยเลือกใช้ Hydrofluorocarbon ที่มีคุณสมบัติความหนืดต่ำกว่ามากในอุณหภูมิต่ำ ทำให้ Ion ยังคงเคลื่อนที่ได้อย่างคล่องตัวแม้ในสภาพอากาศที่หนาวจัดสุดขีด

ผลงานนี้ตีพิมพ์ใน Nature วารสารวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการยอมรับสูงสุดในโลก การที่งานวิจัยผ่านการ Peer Review จนได้ตีพิมพ์ที่นี่ ถือเป็นเครื่องยืนยันว่าวิทยาศาสตร์เบื้องหลังแข็งแรงจริง ไม่ใช่แค่เคลมลอยๆ

ตัวเลขที่ทำให้ต้องหยุดอ่าน

มาดูตัวเลขกันแบบเทียบชัดๆ แบต Lithium ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน อย่างเช่นที่อยู่ใน Tesla มีความหนาแน่นพลังงาน (Energy Density) อยู่ที่ประมาณ 73-136 Wh/lb ในอุณหภูมิห้อง ซึ่งก็ถือว่าใช้ได้ดีอยู่แล้ว

แต่สารละลาย HFC ตัวใหม่นี้ทำให้แบตมีความหนาแน่นพลังงานพุ่งไปถึง 317 Wh/lb ในอุณหภูมิห้อง นั่นคือมากกว่าแบตปัจจุบันถึง 2-3 เท่าเลย พูดง่ายๆ คือแบตขนาดเท่าเดิม น้ำหนักเท่าเดิม แต่วิ่งได้ไกลกว่าเดิม 2-3 เท่า

ยิ่งพอดูตัวเลขในอุณหภูมิต่ำยิ่งน่าทึ่ง แบตทั่วไปพอเจอ -20°C ประสิทธิภาพลดลงไปเกินครึ่ง แต่สารละลาย HFC ตัวนี้ยังรักษาความหนาแน่นพลังงานได้ถึง 181 Wh/lb แม้ในอุณหภูมิ -46°C และยังทำงานได้ต่อเนื่องจนถึง -70°C

ลองนึกภาพดู -70°C นี่หนาวกว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของขั้วโลกใต้ในหน้าหนาวอีก แปลว่าถ้าสารละลายตัวนี้ใช้งานได้จริง รถ EV จะวิ่งได้ทุกที่บนโลกโดยไม่ต้องกังวลเรื่องความหนาวอีกต่อไป

Li Yong นักวิจัยจาก SISP กล่าวว่า 'สำหรับแบต Lithium น้ำหนักเท่ากัน ความจุพลังงานที่อุณหภูมิห้องเพิ่มขึ้น 2-3 เท่า' ซึ่งถ้าตัวเลขนี้ Scale ไปสู่การผลิตจริงได้ มันจะเปลี่ยนสมการของอุตสาหกรรม EV ไปเลย

ผลกระทบกว้างกว่าแค่รถยนต์

เรื่องนี้ไม่ได้จบแค่รถ EV เพราะแบต Lithium อยู่ในทุกอย่างรอบตัวเรา

ลองนึกภาพโดรนที่บินได้นานขึ้น 2 เท่าและยังทำงานในพื้นที่หนาวจัดได้อย่างไม่มีปัญหา วงการ โลจิสติกส์และการขนส่งทางอากาศจะเปลี่ยนไปทันที

มือถือและอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าที่เราใช้กันทุกวันก็จะได้ประโยชน์ ใช้งานได้ยาวนานขึ้นเท่าตัวโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดแบต หรือจะทำแบตเล็กลงครึ่งหนึ่งแต่ใช้งานได้นานเท่าเดิมก็ได้ นั่นหมายความว่าอุปกรณ์จะบางลง เบาลงไปอีก

หุ่นยนต์วิจัยที่ทำงานในทวีป Antarctica จะทำงานได้ต่อเนื่องยาวนานขึ้นโดยไม่ต้องกลับมาชาร์จบ่อยๆ ยานสำรวจใต้ทะเลลึกจะขยายรัศมีปฏิบัติการได้อย่างมีนัยสำคัญ

แม้แต่ดาวเทียมและยานอวกาศที่ต้องเจอสภาพอุณหภูมิแกว่งรุนแรงในวงโคจร จากร้อนจัดตอนหันรับแสงอาทิตย์ไปหนาวจัดตอนอยู่ในเงา ก็จะมีระบบพลังงานที่เสถียรและคาดเดาได้มากขึ้น

ข้อจำกัดที่ยังต้องแก้

ทีมวิจัยพูดตรงๆ ว่าสารละลายตัวนี้ยังไม่ใช่คำตอบสมบูรณ์แบบ ปัญหาหลักคือมันยังทนความร้อนสูงได้ไม่ดีนัก จุดเดือดของ Electrolyte ตัวนี้ยังต่ำเกินไป ซึ่งหมายความว่าในสภาพอากาศร้อนจัด อาจจะยังมีปัญหาอยู่

ถ้าลองมองในมุมของประเทศไทย ที่อุณหภูมิหน้าร้อนทะลุ 40°C ไปบ่อยๆ นี่คือจุดที่ต้องจับตาดูว่าทีมวิจัยจะพัฒนาต่อได้แค่ไหน แต่ถ้าทีมสามารถยกจุดเดือดของ Electrolyte ขึ้นมาได้ เราจะมีสารละลายแบตเตอรี่ที่ใช้ได้ทุกสภาพอากาศจริงๆ ตั้งแต่ -70°C ไปจนถึงร้อนจัด 

ตอนนี้งานวิจัยยังอยู่ในขั้น Lab Scale ยังไม่ได้ผลิตเชิงพาณิชย์ ระยะทางจาก Lab ไปถึงโรงงานยังอีกไกล แต่การที่ได้ตีพิมพ์ใน Nature และตัวเลขที่ออกมาดีขนาดนี้ ถือเป็นสัญญาณที่ดีมากว่าเทคโนโลยีนี้มีโอกาสเป็นจริงได้