
งานวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์
คุณรู้หรือไม่ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์คืออะไร แบตลิเธียมโพลิเมอร์มีลักษณะเฉพาะที่รูปร่างผอมบาง สามารถออกแบบหลายขนาดและหลายรูปทรง
แบตเตอรี่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ต่างๆ ในชีวิต เช่น โทรศัพท์มือถือ แบตเตอรี่รถจักรยานไฟฟ้า แล็ปท็อป แบตเตอรี่มอเตอร์ไซค์ รถกอล์ฟ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม คนส่วนใหญ่ไม่เข้าใจหลักการทำงานของแบตเตอรี่ และรู้เพียงว่าอุปกรณ์ใดบ้างที่ใช้แบตเตอรี่
บทความนี้จะอธิบายความหมายของแบตเตอรี่ หลักการทำงานของแบตเตอรี่ หลักการทำงานของการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ การจำแนกประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียม หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียม และหลักการทำงานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรด ซึ่งจะช่วยผู้คนเข้าใจแบตเตอรี่ได้ดีขึ้น
แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า หลักการทำงานของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าในปฏิกิริยาเคมี พูดง่ายๆ ก็คือ มีโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันภายในแบตเตอรี่ ซึ่งเรียกว่าอิเล็กโทรด มีสารเคมีระหว่างโลหะทั้งสองนี้เรียกว่าอิเล็กโทรไลต์ เมื่อโลหะทั้งสองนี้เชื่อมต่อกันด้วยลวด ความต่างศักย์จะถูกสร้างขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะหนึ่งไปยังอีกโลหะหนึ่ง ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปฏิกิริยาเคมีภายในแบตเตอรี่จะเปลี่ยนอะตอมของโลหะหนึ่งให้เป็นไอออน ซึ่งเคลื่อนที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์และลดลงเหลืออะตอมบนโลหะอีกชิ้นหนึ่ง ในระหว่างกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะหนึ่งไปยังอีกโลหะหนึ่ง ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า กระบวนการนี้สามารถดำเนินต่อไปได้จนกว่าปฏิกิริยาทางเคมีภายในแบตเตอรี่จะหยุดลง หลักการทำงานของแบตเตอรี่สามารถแบ่งออกได้เป็นด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้:
หลักการทำงานของการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่มีดังนี้:
กระบวนการชาร์จ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ แหล่งจ่ายไฟภายนอกจะส่งพลังงานไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่ พลังงานไฟฟ้าทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีในขั้วลบของแบตเตอรี่ สารรีดิวซ์ในขั้วลบจะถูกออกซิไดซ์เป็นออกไซด์ ในเวลาเดียวกัน ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นในขั้วบวกของแบตเตอรี่ และเกิดออกซิเดชันในขั้วบวกด้วย ของต่างๆ ลดลงเหลือของลดลง ในระหว่างกระบวนการนี้ อิเล็กโทรไลต์ยังเกิดปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งจะหลุดออกจากแบตเตอรี่ผ่านตัวกั้น
กระบวนการคายประจุ เมื่อแบตเตอรี่หมดพลังงานเคมีในแบตเตอรี่จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าและปล่อยออกสู่วงจรภายนอก การไหลของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นระหว่างขั้วบวกและขั้วลบในแบตเตอรี่ และอิเล็กตรอนไหลในวงจรภายนอก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในระหว่างกระบวนการนี้ ออกไซด์ในขั้วบวกจะลดลงเหลือสารรีดักแทนต์ และรีดักแทนต์ในขั้วลบจะถูกออกซิไดซ์เป็นออกไซด์ นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์ยังผ่านปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนอีกด้วย
ปัจจุบันแบตเตอรี่ประเภทที่ใช้กันมากที่สุดในตลาดคือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือที่เรียกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีข้อดีคือ มีความหนาแน่นของพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน น้ำหนักเบา และรักษาสิ่งแวดล้อม ดังนั้นอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่จึงเลือกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแหล่งพลังงาน ต่อไป เรามาเรียนรู้เกี่ยวกับประเภท ลักษณะการทำงาน และหลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมกัน
คุณลักษณะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกกำหนดโดยวัสดุของแบตเตอรี่ วัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุขั้วบวก วัสดุขั้วลบ อิเล็กโทรไลต์ และตัวกั้น
ในฐานะที่เป็นหนึ่งในวัสดุหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมวัสดุขั้วบวกคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 1/3 ของต้นทุนรวมของแบตเตอรี่ลิเธียม มันเป็นปัจจัยชี้ขาดในประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมและกำหนดความหนาแน่นของพลังงานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่โดยตรง แบตเตอรี่จึงส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ลิเธียมมีกี่ชนิด ประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถจำแนกได้ตามวัสดุขั้วบวก วิธีการบรรจุแบตเตอรี่ และวิธีการอื่นๆ
โลหะออกไซด์
เกลือโพลิเนียน
สารประกอบอื่นๆ
ตามระบบวัสดุขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LCO), ลิเธียมแมงกาเนต (LMO), ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP), วัสดุไตรภาค (ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์แมงกาเนต (NCM) และลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์อะลูมิเนต (กสทช.)) และเส้นทางทางเทคนิคอื่นๆ
ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์
ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์มีลักษณะของแพลตฟอร์มการคายประจุสูง, ความจุเฉพาะสูง, ประสิทธิภาพของวงจรที่ดี, กระบวนการสังเคราะห์อย่างง่าย, ต้นทุนสูง, อายุการใช้งานสั้น ฯลฯ เป็นการยากที่จะมั่นใจในความปลอดภัยเมื่อทำแบตเตอรี่พลังงานขนาดใหญ่ และส่วนใหญ่จะใช้ใน 3C สินค้า
ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์
ลิเธียมแมงกาเนตมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่า อายุการใช้งานสั้นกว่า แต่มีต้นทุนต่ำ และส่วนใหญ่จะใช้ในยานพาหนะพิเศษ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมีอายุการใช้งานยาวนาน ความปลอดภัยที่ดีและต้นทุนต่ำ และส่วนใหญ่จะใช้ในรถยนต์โดยสารระดับรถยนต์เพื่อการพาณิชย์จำนวนน้อยเช่นไฟฟ้า รถเมล์
ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุขั้วบวก โดดเด่นด้วยความจริงที่ว่าไม่มีองค์ประกอบอันมีค่าเช่นโคบอลต์ มีราคาวัตถุดิบต่ำ และอุดมไปด้วยทรัพยากรฟอสฟอรัสและธาตุเหล็ก แรงดันใช้งานอยู่ที่ปานกลาง (3.2V) ความจุขนาดใหญ่ต่อหน่วยน้ำหนัก กำลังจ่ายสูง การชาร์จเร็ว และอายุการใช้งานยาวนาน มีความเสถียรสูงในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความร้อนสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านรถยนต์นั่งส่วนบุคคล, รถเพื่อการพาณิชย์ และรถพิเศษ ล้วนมีข้อดีทั้งสิ้น
วัสดุแบบ tenary
วัสดุแบบไตรภาคเป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์แมงกานีสออกไซด์ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกันมากกับลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ วัสดุนี้สามารถปรับสมดุลและควบคุมได้ในแง่ของพลังงานเฉพาะ ความสามารถในการหมุนเวียน ความปลอดภัย และต้นทุน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NCM มีความหนาแน่นของพลังงานสูง ประสิทธิภาพของวงจรที่ดี และมีอายุการใช้งานยาวนาน และส่วนใหญ่จะใช้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล
การเพิ่มปริมาณนิกเกิลจะเพิ่มความจุของวัสดุ แต่จะทำให้ประสิทธิภาพของวงจรแย่ลง การมีโคบอลต์สามารถทำให้โครงสร้างของวัสดุมีเสถียรภาพมากขึ้น แต่เนื้อหาที่สูงเกินไปจะลดกำลังการผลิต การมีแมงกานีสสามารถลดต้นทุนและปรับปรุงได้ ประสิทธิภาพด้านความปลอดภัย แต่มีเนื้อหามากเกินไป หากสูงเกินไปโครงสร้างชั้นของวัสดุจะถูกทำลาย
ดังนั้น การค้นหาความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างวัสดุทั้งสามเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่ครอบคลุมจึงเป็นจุดเน้นของการวิจัยและพัฒนาวัสดุแบบ tenary นิกเกิลสูงเป็นจุดเริ่มต้นใหม่ซึ่งเพิ่มเกณฑ์เริ่มต้นสำหรับวัสดุที่ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ อย่างมาก ปัจจุบัน วัสดุที่มีนิกเกิลสูงกำลังพัฒนาเพิ่มเติมจากซีรีส์ 8 ไปเป็นซีรีส์ที่มีนิกเกิลสูงพิเศษ 9
หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมคือการใช้การเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมระหว่างขั้วบวกและขั้วลบในการทำงาน โดยเฉพาะ
ในระหว่างการชาร์จ ลิเธียมไอออนจะถูกแยกออกจากขั้วบวกและฝังลงในขั้วลบผ่านอิเล็กโทรไลต์ ขั้วลบจะอยู่ในสถานะที่มีลิเธียมมาก ซึ่งตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นจริงในระหว่างการคายประจุ
ในระหว่างกระบวนการชาร์จและคายประจุ ลิเธียมไอออนจะทำหน้าที่เป็นพาหะของพลังงานไฟฟ้า โดยเคลื่อนที่ไปมาจากขั้วบวกไปยังขั้วลบไปยังขั้วบวก ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุขั้วบวกและลบ แปลงพลังงานเคมีและพลังงานไฟฟ้า เข้าหากันและตระหนักถึงการโอนค่าธรรมเนียม
โดยทั่วไปแบตเตอรี่ลิเธียมทำจากวัสดุลิเธียมและวัสดุคาร์บอน และลิเธียมไอออนสามารถฝังหรือสลายตัวในวัสดุทั้งสองนี้ได้
หลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมคือการใช้คุณลักษณะของลิเธียมไอออน ลิเธียมไอออนสามารถพาอิเล็กตรอนได้ ในระหว่างกระบวนการชาร์จและคายประจุ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับลิเธียมไอออนด้วย
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นแบตเตอรี่ที่ทำจากตะกั่วและออกไซด์ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยแผ่นบวก แผ่นลบ อิเล็กโทรไลต์ และตัวกั้น แผ่นขั้วบวกใช้ตะกั่วออกไซด์และอิเล็กโทรไลต์และแผ่นขั้วลบใช้ตะกั่วบริสุทธิ์อิเล็กโทรไลต์มักเป็นสารละลายของกรดซัลฟิวริกและน้ำผสมในสัดส่วนที่แน่นอน
ตัวกั้นตั้งอยู่ระหว่างแผ่นบวกและลบ และมีบทบาทในการแยกและการป้องกัน ป้องกันไม่ให้วัสดุภายในแบตเตอรี่สัมผัสกันและทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร
หลักการทำงานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นกระบวนการชาร์จและกระบวนการคายประจุ
ในระหว่างกระบวนการชาร์จ อิเล็กตรอนบนแผ่นขั้วบวกจะถูกถ่ายโอนไปยังแผ่นขั้วลบผ่านเครื่องชาร์จภายนอก ในเวลาเดียวกัน ไฮโดรเจนไอออนในอิเล็กโทรไลต์จะผ่านรูเล็กๆ ในตัวกั้น และรวมตัวกับอิเล็กตรอนเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจน
ในระหว่างกระบวนการคายประจุ อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนจากแผ่นลบไปยังแผ่นบวกผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในขณะที่ไฮโดรเจนไอออนจะผ่านรูเล็กๆ ในตัวกั้น และรวมกับอิเล็กตรอนเพื่อสร้างน้ำ กระบวนการทั้งสองนี้ทำให้แบตเตอรี่เก็บและปล่อยพลังงานได้
แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีข้อดีดังต่อไปนี้:
อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่ตะกั่วกรดก็มีข้อเสียดังต่อไปนี้:

คุณรู้หรือไม่ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์คืออะไร แบตลิเธียมโพลิเมอร์มีลักษณะเฉพาะที่รูปร่างผอมบาง สามารถออกแบบหลายขนาดและหลายรูปทรง

แบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคคืออะไร แบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค (Lithium-ion ternary battery) คือแบตเตอรี่ที่ใช้เทคโนโลยีลิเธียมไอออนในการปล่อยพลังงานไฟฟ้า

ตั้งแต่แบตเตอรี่ลิเธียมเข้ามามีส่วนในชีวิตประจำวันของเรา แบตเตอรี่ชนิดนี้ก็มาพร้อมกับนวัตกรรมหลากหลายอย่างที่ทำให้เราใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ ได้สะดวกยิ่งขึ้น

แบรนด์สมาร์ทวอทช์ทั่วไป ได้แก่ Apple, Xiaomi, Samsung, Garmin เป็นต้น แบตเตอรี่สมาร์ทวอทช์เป็นตัวพาพลังงานของผลิตภัณฑ์ คุณรู้หรือไม่ว่า 10 อันดับแรก ผู้ผลิตแบตเตอรี่สมาร์ทวอทช์ในทั่วโลกคือรายใด

ความจุของแบตเตอรี่รถไถที่เกิน 100 kWh แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงแบบก้าวกระโดดในการใช้พลังงานไฟฟ้าของเครื่องจักรกลการเกษตร โดยให้กำลังและประสิทธิภาพที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับการใช้งานหนักในภาคสนาม – รถไถไฟฟ้าที่มีความจุของแบตเตอรี่สูงกว่านี้จะถูกนำไปใช้ในสนามขนาดใหญ่

เครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศใช้การหมุนเวียนของอากาศเพื่อขจัดความร้อนที่ปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์ขณะรถจักรยานยนต์กำลังทำงาน นั่นคือ ใช้พัดลมหม้อน้ำมอไซค์ ชิ้นส่วนรถจักรยานยนต์สร้างความร้อนได้มากเมื่อทำงานจึงจำเป็นระบายความร้อน เช่น ถังน้ำมันถจักรยานยนต์ เกียร์ เป็นต้น

หลักการทำงานของกล่องควบคุมจักรยานไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับสถานะการขับขี่ของยานพาหนะและการทำงานของผู้ใช้เป็นหลัก โดยจะประมวลผลสัญญาณเซ็นเซอร์ต่างๆ ผ่านแผงวงจร จากนั้นจะควบคุมความเร็วและการบังคับเลี้ยวของมอเตอร์เพื่อให้ทราบถึงฟังก์ชันการขับขี่ต่างๆ ของยานพาหนะ

เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ แบตเตอรี่มักจะได้รับความเสียหายและมีอายุการใช้งานสั้นกว่า โดยทั่วไปอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดอยู่ที่ 500-800 รอบการชาร์จและคายประจุเท่านั้น และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมอยู่ที่ 2,000-3,000 รอบการชาร์จและคายประจุ

บริษัท CATL และ LG Energy Solutions เป็นตัวแทนของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ในประเทศจีนและเกาหลีใต้ที่แสดงถึงจุดแข็งและความท้าทายที่พวกเขาเผชิญ บทความนี้จะวิเคราะห์ความต้องการและแนวโน้มการเติบโตของตลาดแบตเตอรี่ทั่วโลก