สิ่งที่น่ารู้เกี่ยวกับแบตเตอรี่-ประเภทของแบตเตอรี่

คนส่วนใหญ่ที่ใช้แบตเตอรี่มักจะไม่รู้ว่าประเภทของแบตเตอรี่มีอะไรบ้าง และจะแยกแยะประเภทแบตเตอรี่ได้อย่างไร บทความนี้จะแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับประเภทของแบตเตอรี่ ความแตกต่างของแบตเตอรี่แต่ละชนิด และวิเคราะห์ข้อดีและการใช้งานของแบตเตอรี่แต่ละชนิด

วิธีจำแนกประเภทของแบตเตอรี่

โดยทั่วไปแล้ว ประเภทของแบตเตอรี่สามารถแบ่งออกได้เป็น: แบตเตอรี่เคมี แบตเตอรี่ทางกายภาพ และแบตเตอรี่ชีวภาพ

ประเภทของแบตเตอรี่ 1 – แบตเตอรี่เคมี

แบตเตอรี่เคมีคือแบตเตอรี่ที่แปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า และปัจจุบันเป็นประเภทของแบตเตอรี่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย แบตเตอรี่เคมีสามารถแบ่งออกเป็นแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิง

แบตเตอรี่เรียกอีกอย่างว่า แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ เนื่องจากหลังจากแบตเตอรี่หมดจะสามารถผลิตสารออกฤทธิ์ภายในขึ้นมาใหม่ได้ โดยการชาร์จและกักเก็บพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานเคมี เมื่อจำเป็นต้องคายประจุ พลังงานเคมีจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าอีกครั้ง แบตเตอรี่ของโทรศัพท์มือถือในชีวิตของเราเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ แบตเตอรี่รถยนต์ที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน ได้แก่ แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ NiMH แบตเตอรี่ลิเธียมไออออน เป็นต้น

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดถูกนำมาใช้มานานกว่า 100 ปี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายใน มีความน่าเชื่อถือที่ดี มีวัตถุดิบที่หาได้ง่าย และมีราคาถูก โดยกำลังเฉพาะของมันสามารถตอบสนองความต้องการด้านพลังงานของยานพาหนะไฟฟ้าได้ อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดมีพลังงานจำเพาะต่ำ มีมวลและปริมาตรมาก ระยะทางสั้นต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง อายุการใช้งานสั้น และต้นทุนการใช้งานสูง ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต

แบตเตอรี่ NiMH สามารถเก็บพลังงานมาก เบากว่า มีอายุการใช้งานนานกว่า และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่ต้นทุนการผลิตสูงเกินไปและประสิทธิภาพไม่เหมาะสม รุ่นตัวแทนในปัจจุบัน ได้แก่ Toyota Prius, Ford Escape, Chevrolet Malibu ฯลฯ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ประเภทหนึ่งที่ใช้โลหะลิเธียมหรือโลหะผสมลิเธียมเป็นวัสดุอิเล็กโทรดบวก/ลบ และใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่น้ำ ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า ข้อดีหลัก ๆ ได้แก่ :

• อัตราส่วนพลังงานสูงและความหนาแน่นของพลังงานในการจัดเก็บสูง 6-7 เท่าของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด
• อายุการใช้งานยาวนาน อายุการใช้งานสามารถเข้าถึง 2,000-4,000 รอบการชาร์จและการคายประจุ
• มีความทนทานต่อพลังงานสูง
• อัตราการปลดปล่อยตัวเองต่ำมาก
• น้ำหนักเบา น้ำหนักประมาณ 1/6-1/5 ของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดในปริมาตรเดียวกัน
• มีความสามารถในการปรับตัวได้ดีกับอุณหภูมิสูงและต่ำ และสามารถใช้ในสภาพแวดล้อม -20 ℃–60 ℃
• สีเขียวและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยไม่คำนึงถึงการผลิต การใช้ และการกำจัด มันไม่มีหรือผลิตองค์ประกอบและสารโลหะหนักที่เป็นพิษและเป็นอันตราย เช่น ตะกั่ว ปรอท แคดเมียม

แบตเตอรี่ลิเธียมที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้าในปัจจุบันส่วนใหญ่ประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต และแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค

แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์มีเทคโนโลยีการผลิตที่สมบูรณ์และมีอัตราส่วนพลังงานสูง แต่มีเสถียรภาพต่ำที่อุณหภูมิสูง นิยมใช้ในแบตเตอรี่แล็ปท็อป รุ่นตัวแทนคือ Tesla MODEL S.

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีเสถียรภาพดีที่สุดในบรรดาแบตเตอรี่ลิเธียมยานยนต์ในปัจจุบัน แต่มีความหนาแน่นของพลังงานน้อยและไม่เหมาะกับอุณหภูมิต่ำ ดังนั้น รุ่นที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจึงไม่เหมาะสำหรับการขับรถในภาคเหนือ โมเดลที่เป็นตัวแทน ได้แก่ BYD e6, BYD Qin, BYD Tang เป็นต้น

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ แบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคมีความปลอดภัยมากกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่าที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้เหมาะสมกับแนวโน้มการพัฒนาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้าต่ำและความหนาแน่นของพลังงานอยู่ระหว่างแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตกับแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ ปัจจุบันมีโมเดลตัวแทน ได้แก่ BAIC New Energy EV200, BAIC New Energy EU260, Tesla Model 3 เป็นต้น

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมทั้งสามชนิดนี้จะใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ของชีวิต แต่ก็ล้วนมีปัญหาด้านความปลอดภัยที่ไม่ดีและเสี่ยงต่อการระเบิด ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ระเบิดเกิดขึ้นในโทรศัพท์มือถือ Samsung และโทรศัพท์มือถือ Apple ในเวลาเดียวกัน เวลา ข้อกำหนดในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม สภาวะที่สูง และต้นทุนสูง แบตเตอรี่ลิเธียมบางชนิดมีข้อจำกัดเกี่ยวกับอุณหภูมิแวดล้อมในการใช้งาน มีความเสี่ยงในการใช้อุณหภูมิสูงหรือต่ำ ดังนั้นการพัฒนาและการใช้แบตเตอรี่ให้มีประสิทธิภาพและความปลอดภัยที่สูงขึ้นยังคงเป็นประเด็นสำคัญ

ปัจจุบัน นอกเหนือจากแบตเตอรี่ทั่วไปสามก้อนข้างต้นแล้ว แบตเตอรี่กราฟีนที่มีข้อดีมากกว่ากำลังค่อยๆ เข้าสู่วิสัยทัศน์ของแผนก R&D ของบริษัทรถยนต์รายใหญ่ แบตเตอรี่กราฟีนเป็นแบตเตอรี่พลังงานใหม่ที่พัฒนาโดยการเพิ่มกราฟีนลงในแบตเตอรี่ลิเธียม

เวลาในการชาร์จของแบตเตอรี่กราฟีนนั้นสั้นและสามารถบีบอัดเวลาในการชาร์จหลายชั่วโมงให้เหลือน้อยกว่า 1 นาที ส่วนประกอบกราฟีนสามารถช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมลดความร้อนในระหว่างการผลิตซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานและลดความเสียหายจากความร้อนที่เกิดกับแบตเตอรี่ จึงทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ดีขึ้น อายุแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่กราฟีนในปัจจุบันมีราคาแพงและไม่สามารถนำมาใช้ในขนาดใหญ่ได้

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าที่แปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงและสารออกซิแดนท์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงผ่านปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า เป็นเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าครั้งที่ 4 รองจากไฟฟ้าพลังน้ำ พลังงานความร้อน และพลังงานปรมาณู

เซลล์เชื้อเพลิงมีข้อดีคือประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูง มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ พลังงานจำเพาะสูง สัญญาณรบกวนต่ำ ช่วงเชื้อเพลิงกว้าง ความน่าเชื่อถือสูง และโครงสร้างที่ง่าย เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าที่มีแนวโน้มมากที่สุด ปัจจุบันส่วนใหญ่จะใช้ในด้านการบินและอวกาศและยังไม่ได้ดำเนินการเชิงพาณิชย์

ประเภทของแบตเตอรี่ 2-แบตเตอรี่ทางกายภาพ

แบตเตอรี่ทางกายภาพคืออุปกรณ์ที่ใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพเพื่อกักเก็บพลังงาน ไม่มีปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการกักเก็บพลังงาน ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้ากักเก็บแบบสูบจะใช้พลังงานไฟฟ้าในการสูบน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำด้านบนในเวลากลางคืน แปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานศักย์และกักเก็บไว้ มู่เล่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เพื่อหมุนด้วยความเร็วสูงเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลและกักเก็บเอาไว้ อุปกรณ์ข้างต้นทั้งหมดใช้แบตเตอรี่ทางกายภาพ

ประเภทของแบตเตอรี่ 3-แบตเตอรี่ชีวภาพ

แบตเตอรี่ชีวภาพหมายถึงอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานชีวมวลเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ในปี 2013 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าพลังงานที่สร้างจากโปรตีนบนพื้นผิวของแบคทีเรียสามารถเก็บเกี่ยวเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ ได้รับการยกย่องว่าเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าในอนาคต ในปัจจุบัน เทคโนโลยีแบตเตอรี่ชีวภาพส่วนใหญ่จะใช้เพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศด้านการบินและอวกาศ แต่ยังไม่ได้นำมาใช้ในด้านพลเรือน

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่ใช้กันทั่วไปมีอะไรบ้าง

ประเภทของแบตเตอรี่ที่พบบ่อยที่สุดในชีวิตประจำวันของเราคือแบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ได้ในแบตเตอรี่เคมี ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จและคายประจุซ้ำได้หรือที่เรียกว่าแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ เช่น แบตเตอรี่ของโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต และรถยนต์ไฟฟ้าที่เราใช้อยู่ทุกวันล้วนเป็นแบตเตอรี่ประเภทนี้ทั้งสิ้น

แบตเตอรี่ใช้แล้วทิ้งเป็นเซลล์ปฐมภูมิซึ่งเรามักเรียกว่าแบตเตอรี่ AA ส่วนใหญ่เป็นแบตเตอรี่แบบใช้แล้วทิ้ง มักพบในรีโมทคอนโทรลของทีวีที่บ้านหรือในของเล่นเด็ก มักก่อให้เกิดมลพิษหลังจากหมดอายุ

แบตเตอรี่สำรองแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์ แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ NiMH และแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม ขึ้นอยู่กับสถานการณ์การใช้งานและคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบที่แตกต่างกัน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและแบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโพลีเมอร์เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดหนึ่ง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกจำกัดด้วยองค์ประกอบทางเคมี เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์อยู่ในรูปของของเหลว เช่น เอทิลีนคาร์บอเนตหรือไดเอทิลคาร์บอเนต จึงไม่เสถียรอย่างยิ่งเมื่อใช้แรงภายนอกหรือชิ้นส่วนภายในมีอายุและรั่วไหลมันไม่เสถียรและก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอย่างมาก นอกจากนี้ เมื่อเวลาใช้งานเพิ่มขึ้น บางครั้งการคายประจุอาจเกิดขึ้นแม้ว่าจะไม่ได้ใช้งานก็ตาม

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์ส่วนใหญ่ใช้อิเล็กโทรไลต์แบบแข็ง แบบมีรูพรุน หรือแบบเจลแทนของเหลว ซึ่งสามารถป้องกันความเสี่ยงส่วนใหญ่ที่ความร้อนจะเคลื่อนหนีจากการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์ยังมีรูปลักษณ์ที่เบากว่าและแข็งแกร่งกว่า และขนาดก็มีความยืดหยุ่นมากกว่า

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนค่อยๆ ครองตลาดเนื่องจากมีข้อดี เช่น ความหนาแน่นของพลังงานสูง ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และอายุการใช้งานยาวนาน ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ไฟฟ้าและรถจักรยานยนต์ ทำให้เป็นตัวเลือกแรกสำหรับแบตเตอรี่รถกระบะและแบตเตอรี่รถบรรทุกไฟฟ้า

แบตเตอรี่ตะกั่วกรด

แบตเตอรี่ตะกั่วกรด ดังที่เห็นได้จากชื่อ มีตะกั่วเป็นองค์ประกอบหลักในขั้วไฟฟ้าบวกและขั้วลบ ข้อดีของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดคือแรงเคลื่อนไฟฟ้าค่อนข้างคงที่ในระหว่างการคายประจุ แต่ข้อเสียคือพลังงานจำเพาะ (พลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ต่อหน่วยน้ำหนัก) มีน้อย และมีฤทธิ์กัดกร่อนต่อสิ่งแวดล้อมสูงและทำให้เกิดมลพิษร้ายแรง

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่เสถียร อุณหภูมิในการทำงานและกระแสไฟฟ้าในการทำงานที่หลากหลาย สามารถชาร์จและคายประจุได้หลายร้อยรอบ ประสิทธิภาพการจัดเก็บที่ดี (เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดเก็บประจุแห้ง) และมีต้นทุนต่ำ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

แบตเตอรี่ NiMH

แบตเตอรี่ NiMH อยู่ในหมวดหมู่การใช้งานของพลังงานไฮโดรเจน แบตเตอรี่ Ni-MH แบ่งออกเป็นสองประเภท: แบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจนแรงดันสูง และแบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจนแรงดันต่ำ แบตเตอรี่ NiMH แรงดันสูงมีความน่าเชื่อถือสูง และการเปลี่ยนแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมเป็นแบตเตอรี่ NiMH กลายเป็นเทรนด์ทั่วไปในบางสาขา

แบตเตอรี่ NiMH มีการป้องกันการคายประจุเกินและการป้องกันประจุเกินที่ดี สามารถทนต่ออัตราการชาร์จและคายประจุสูง และไม่มีการก่อตัวของเดนไดรต์ ความจุจำเพาะมวลเป็นห้าเท่าของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม แบตเตอรี่เหล่านี้มีการปิดผนึกสนิท ต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า และทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ ความจุที่ -10°C ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ แบตเตอรี่ NiMH แรงดันต่ำได้รับการพัฒนาครั้งแรกสำหรับการใช้งานพลเรือน เนื่องจากแบตเตอรี่ NiMH แรงดันสูงต้องใช้โลหะมีค่าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและมีราคาแพง

แบตเตอรี่ NiMH แรงดันต่ำสามารถชาร์จและคายประจุได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำได้ดี ความหนาแน่นของพลังงานสูง มากกว่า 1.5 เท่าของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม แบตเตอรี่เหล่านี้มีการปิดผนึกสนิทและต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า

ข้อดีและขอบเขตการใช้งานของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้สี่ประเภท

หลังจากทำความเข้าใจคุณสมบัติพื้นฐานของแบตเตอรี่ทั้งสี่ประเภทแล้ว ตารางด้านล่างจะแสดงตัวอย่างข้อดีหลักและขอบเขตการใช้งาน ในอนาคตด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่ประเภทต่างๆ จะถูกพัฒนามากขึ้นอย่างแน่นอน เพื่อตอบสนองความต้องการการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น