ข้ามไปยังเนื้อหาหลัก

แก้แบตรถ EV ไหม้-ระเบิด! ด้วยการทำให้แบตเตอรี่ไม่ติดไฟ

21 เม.ย. 696 นาที21 เม.ย. 69

การวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่หลายปี มีการผลิตที่แม่นยำ ทดสอบอย่างหนัก ตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง รวมถึงมีระบบป้องกันความผิดพลาดนับไม่ถ้วน ล้วนถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการเกิดความร้อนสูงเกินไปในแบตเตอรี่

ขนาดตัวอักษร

การวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่หลายปี มีการผลิตที่แม่นยำ ทดสอบอย่างหนัก ตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง รวมถึงมีระบบป้องกันความผิดพลาดนับไม่ถ้วน ล้วนถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการเกิดความร้อนสูงเกินไปในแบตเตอรี่ ขณะนี้ นักวิจัยจาก Chinese Academy of Sciences ประเทศจีน กำลังเสนอวิธีแก้ปัญหาที่เรียบง่ายแต่ได้ผล นั่นก็คือ การทำให้แบตเตอรี่ไม่สามารถติดไฟได้

การศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Energy ได้เผยว่า วิธีแก้ปัญหาก็คือการออกแบบแบตเตอรี่โซเดียมไอออนที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) ชนิดพอลิเมอร์ที่ไม่ติดไฟ ซึ่งจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วภายใต้ความร้อนสูง ทำให้เกิดเกราะป้องกันภายใน

แบตเตอรี่ลิเทียมรถยนต์ไฟฟ้า ภาพจาก AFP

ปรากฏการณ์ความร้อนสูงเกินควบคุม (Thermal runaway) เป็นปัญหาที่ท้าทายมานานในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งโดยทั่วไปใช้อิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ง่าย ความกังวลนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นไปอีกเนื่องจากการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ที่เพิ่มขึ้น เพราะขนาดของแบตเตอรี่ในรถยนต์เหล่านี้มีขนาดใหญ่

โดยปรากฏการณ์ความร้อนสูงเกินควบคุม เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เร่งตัวเอง แบตเตอรี่จะเข้าสู่สภาวะร้อนจัดที่ควบคุมไม่ได้ เมื่ออุณหภูมิถึงระดับหนึ่ง สารเคมีภายในแบตเตอรี่จะเริ่มทำปฏิกิริยา ปล่อยความร้อนออกมามากขึ้น ความร้อนนี้จะเร่งปฏิกิริยา ทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้นอีกในวงจร ภายในเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีหรือนาที อุณหภูมิอาจพุ่งสูงขึ้นถึง 1,292-1,832 องศาฟาเรนไฮต์ (700-1,000 องศาเซลเซียส) ซึ่งมักนำไปสู่การปล่อยก๊าซพิษ ไฟไหม้รุนแรง หรือการระเบิด

ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากแบตเตอรี่สร้างออกซิเจนขึ้นเองในระหว่างปฏิกิริยานี้ การดับเพลิงแบบทั่วไปจึงมักไม่สามารถดับไฟได้ ต้องรอให้แบตเตอรี่ไหม้หมดไปเอง สำหรับการเกิดปฏิกิริยาความร้อนสูงเกินไป (Thermal runaway) สามารถเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ รวมถึงความเสียหายของแบตเตอรี่ ความร้อนสูงเกินไป การชาร์จไฟเกิน ข้อบกพร่องในการผลิต การสัมผัสกับน้ำเค็ม ไปจนถึงไฟไหม้จากภายนอก เป็นต้น

แม้จะฟังดูน่ากลัว แต่จากข้อมูลของ EV FireSafe เผยว่า โอกาสที่รถยนต์ไฟฟ้า (EV) จะลุกไหม้เองเนื่องจากปัญหาแบตเตอรี่นั้นอยู่ที่ประมาณ 0.0012% เท่านั้น ตัวเลขนี้เป็นไปได้ เนื่องจากวิศวกรรมขั้นสูง ทรัพยากร และความพยายามอย่างมหาศาล

ผู้ผลิตแบตเตอรี่ใช้เวลาหลายปีในการวิจัยและออกแบบทุกแง่มุมของแบตเตอรี่ ตั้งแต่เคมีของเซลล์ไปจนถึงโครงสร้างทางไฟฟ้า โดยปกติแล้วจะตามมาด้วยกระบวนการผลิตที่แม่นยำมาก จากนั้นจึงทำการทดสอบอย่างเข้มงวดหลายรอบ นอกจากปัจจัยเหล่านี้แล้ว ผู้ผลิตยังออกแบบระบบตรวจสอบ ระบบระบายความร้อน ระบบป้องกัน และระบบป้องกันความเสียหายหลายระบบรอบ ๆ แบตเตอรี่อีกด้วย

โดยมาตรการทั้งหมดนี้ต้องใช้เวลาและความพยายามหลายปี และค่าใช้จ่ายอาจสูงถึงหลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐ ดังนั้น จึงพอเข้าใจได้ว่าทำไมวิธีแก้ปัญหาที่นักวิจัยเสนอ ซึ่งก็คือแบตเตอรี่ที่มีระบบป้องกันไฟไหม้ในตัว จึงถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ เนื่องจากระบบของพวกเขาก็คือ แบตเตอรี่ที่มีไฟร์วอลล์อัจฉริยะในตัว ซึ่งจะป้องกันไฟไหม้ที่อาจเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติก่อนที่จะลุกลาม

แตกต่างจากแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนแบบดั้งเดิมที่ใช้อิเล็กโทรไลต์เหลวที่ติดไฟได้ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นสารประกอบคาร์บอเนตอินทรีย์ เช่น เอทิลีนคาร์บอเนต (EC) ไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC) และไดเอทิลคาร์บอเนต (DEC) แบตเตอรี่ดีไซน์ใหม่นี้ใช้โซเดียมไอออนเป็นพื้นฐาน โดยมีอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ติดไฟและสามารถเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันได้ (PNE) เมื่ออุณหภูมิภายในแบตเตอรี่สูงเกิน 150 องศาเซลเซียส (302 องศาฟาเรนไฮต์) อิเล็กโทรไลต์เหลวจะเกิดปฏิกิริยาเคมีอย่างรวดเร็วและแข็งตัว ของแข็งที่แข็งตัวนี้ทำหน้าที่เป็น “กำแพงกันไฟ” ภายใน ป้องกันไม่ให้ความร้อนแพร่กระจายและตัดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่มักนำไปสู่การระเบิด

แบตเตอรี่รถ EV

นักวิจัยได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับประสิทธิภาพของระบบในระหว่างการทดสอบ แบตเตอรี่สามารถทนต่อความร้อนจากภายนอกได้ถึง 300 องศาเซลเซียส (572 องศาฟาเรนไฮต์) โดยไม่เกิดการลัดวงจรความร้อน นอกจากนี้ เซลล์ยังผ่านการทดสอบการเจาะด้วยตะปู ซึ่งจำลองการลัดวงจรภายใน โดยยังคงสภาพโครงสร้างไว้ได้อย่างสมบูรณ์ และถึงแม้จะมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยเพิ่มเติม แต่เซลล์แบตเตอรี่ก็ยังคงรักษาความหนาแน่นของพลังงานที่แข่งขันได้ที่ 211 Wh/kg และทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในอุณหภูมิตั้งแต่ -40 ถึง 60 องศาเซลเซียส (-40 ถึง 140 องศาฟาเรนไฮต์)

เหตุผลที่เลือกใช้โซเดียมไอออนมากกว่าลิเทียมไอออนนั้นเข้าใจง่าย เพราะระบบโซเดียมไอออนมีความเสถียรทางความร้อนมากกว่าโดยธรรมชาติ ใช้วัสดุที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่า ทำให้มีโอกาสเกิดปฏิกิริยาควบคุมไม่ได้ น้อยกว่ามาก ซึ่งถือเป็นพื้นฐานที่เหมาะสมสำหรับกลไกความปลอดภัยในตัว เช่น อิเล็กโทรไลต์ที่แข็งตัวได้เอง

ในทางกลับกัน แบตเตอรี่โซเดียมไอออนมีความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่า หมายความว่าเก็บพลังงานได้น้อยกว่าต่อปริมาตรหนึ่งหน่วย เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน อย่างไรก็ตาม นี่เป็นราคาที่สมเหตุสมผลเมื่อเทียบกับข้อดีของระบบนี้

ประการแรก ช่วยขจัดความเป็นไปได้ที่จะเกิดไฟไหม้ ซึ่งนับเป็นข้อดีอย่างมากในด้านความปลอดภัย นอกจากนี้ ระบบความปลอดภัยยังเป็นแบบ Passive Safety แต่มีประสิทธิภาพสูง ไม่จำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์หรือปั๊มระบายความร้อนเพื่อ “ตรวจจับ” ไฟไหม้ เคมีภายในแบตเตอรี่เองทำหน้าที่เป็นฟิวส์ทางกายภาพ

นอกจากนี้ เนื่องจากแบตเตอรี่มีความปลอดภัยโดยธรรมชาติ จึงช่วยลดความจำเป็นในการใช้ “สิ่งกันไฟ” ขนาดใหญ่และราคาแพงมาครอบแบตเตอรี่ ทำให้รถทั้งคันมีน้ำหนักเบาและต้นทุนการผลิตถูกลง แต่ทั้งนี้ทั้งนั้น แบตเตอรี่ยังคงต้องการระบบระบายความร้อน เนื่องจากการทำงานตามปกติยังคงก่อให้เกิดความร้อน และอุณหภูมิสูงสามารถลดประสิทธิภาพ รวมถึงลดอายุการใช้งานได้

ที่สำคัญ ยังมีเรื่องที่น่าสนใจก็คือ เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพผลิตแบตเตอรี่ไม่ติดไฟไม่เฉพาะแค่รถยนต์ไฟฟ้า  (EV) แต่ยังครอบคลุมถึงระบบใด ๆ ก็ตาม ที่ใช้แบตเตอรี่ด้วย


อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  


ที่มาข้อมูล : newatlas


“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

เขียนโดย

"เซบา บาสตี้" นิสิตสาขาวิชาภาษาเพื่อการสร้างสรรค์งานสื่อสิ่งพิมพ์ ม.มหาสารคาม เจ้าหน้าที่เนื้อหาดิจิทัล สำนักสื่อดิจิทัล ไทยพีบีเอส คนทำงานด้านการเขียน : Specialist Contents / Journalist / Writer / Creative Copywriter / Proofreader Lover

บทความที่เกี่ยวข้อง

รถ EV เสี่ยงไหม้แค่ไหน ส่องข้อจำกัดเชิงวิศวกรรม และทิศทางเทคโนโลยีในอนาคตเทคโนโลยี

รถ EV เสี่ยงไหม้แค่ไหน ส่องข้อจำกัดเชิงวิศวกรรม และทิศทางเทคโนโลยีในอนาคต

เหตุการณ์ไฟไหม้ที่เกิดขึ้นกับรถยนต์ไฟฟ้าวอลโว่ (Volvo) หลายต่อหลายครั้งในช่วงที่ผ่านมานี้ ได้กลายเป็นกรณีศึกษาที่สะท้อนให้เห็นถึงข้อจำกัดของเทคโนโลยีแบตเตอรี่

21 มิ.ย. 69|21 มิ.ย. 69
อ่านต่อ →
แก้ปัญหาขยะแบตฯ! ญี่ปุ่นนำ “ลิเทียม” กลับมาใช้ใหม่ได้ 90% จากแบตฯ รถ EV เก่าเทคโนโลยี

แก้ปัญหาขยะแบตฯ! ญี่ปุ่นนำ “ลิเทียม” กลับมาใช้ใหม่ได้ 90% จากแบตฯ รถ EV เก่า

ค้นพบเพื่อพึ่งพาตนเองให้มากขึ้น พร้อมทั้งหาทางแก้ปัญหาขยะแบตเตอรี่รถ EV ไปในตัว! เมื่อญี่ปุ่นค้นพบวิธีนำ “ลิเทียม” (Lithium) กลับมาใช้ใหม่ได้ถึง 90% จากแบตฯ รถ EV เก่า

16 เม.ย. 69|16 เม.ย. 69
อ่านต่อ →
เริ่ม 1 เม.ย. นี้! จีนเตรียมยกระดับจัดการ “รีไซเคิลแบตฯ” ยานยนต์พลังงานใหม่ (NEV)เทคโนโลยี

เริ่ม 1 เม.ย. นี้! จีนเตรียมยกระดับจัดการ “รีไซเคิลแบตฯ” ยานยนต์พลังงานใหม่ (NEV)

มาตรการชั่วคราว เมื่อวันที่ 16 ม.ค. ที่ผ่านมา ว่าด้วยแผนยกระดับการจัดการด้านการรีไซเคิล และการใช้ประโยชน์จากแบตเตอรีพลังงานที่ใช้งานแล้วของยานยนต์พลังงานใหม่ (NEV)

19 ม.ค. 69|19 ม.ค. 69
อ่านต่อ →
พีก ธ.ค. นี้! ปรากฏการณ์เอลนีโญมีแนวโน้มรุนแรงขึ้น และจะอยู่จนถึง ก.พ. ปีหน้าสิ่งแวดล้อม

พีก ธ.ค. นี้! ปรากฏการณ์เอลนีโญมีแนวโน้มรุนแรงขึ้น และจะอยู่จนถึง ก.พ. ปีหน้า

12 ต.ค. 69
อ่านต่อ →
หมอตัวจิ๋วในร่างกาย ส่องการพัฒนาหุ่นยนต์จิ๋ว สู่การรักษาโรคร้ายในอนาคตเทคโนโลยี

หมอตัวจิ๋วในร่างกาย ส่องการพัฒนาหุ่นยนต์จิ๋ว สู่การรักษาโรคร้ายในอนาคต

12 ต.ค. 69
อ่านต่อ →
กรองอากาศด้วยแสง! แผ่นกรองซักได้ ดักอนุภาค 0.3 ไมครอน ช่วยลดขยะจากไส้กรองอากาศวิทยาศาสตร์

กรองอากาศด้วยแสง! แผ่นกรองซักได้ ดักอนุภาค 0.3 ไมครอน ช่วยลดขยะจากไส้กรองอากาศ

12 ต.ค. 69
อ่านต่อ →
เปิด “วิทยาศาสตร์แห่งอำนาจ : ศาสตร์นอกห้องเรียน” ครั้งที่ 2!วิทยาศาสตร์

เปิด “วิทยาศาสตร์แห่งอำนาจ : ศาสตร์นอกห้องเรียน” ครั้งที่ 2!

11 ต.ค. 69
อ่านต่อ →
How to ควรทำอย่างไร? เมื่อมือถือเปียกน้ำ-โทรศัพท์ตกน้ำเทคโนโลยี

How to ควรทำอย่างไร? เมื่อมือถือเปียกน้ำ-โทรศัพท์ตกน้ำ

07 ต.ค. 69
อ่านต่อ →
ใช้สัมผัสแทนสายตา! โดรนลงจอดด้วยการเกาะ แทนการใช้กล้อง ช่วยให้จอดได้แม่นยำในที่มืดเทคโนโลยี

ใช้สัมผัสแทนสายตา! โดรนลงจอดด้วยการเกาะ แทนการใช้กล้อง ช่วยให้จอดได้แม่นยำในที่มืด

07 ต.ค. 69
อ่านต่อ →
เสื้อสะท้อนแดด! ผ้าพิมพ์ 3 มิติ ลดอุณหภูมิ 3-6°C พร้อมสร้างไฟฟ้าจากการเคลื่อนไหวเทคโนโลยี

เสื้อสะท้อนแดด! ผ้าพิมพ์ 3 มิติ ลดอุณหภูมิ 3-6°C พร้อมสร้างไฟฟ้าจากการเคลื่อนไหว

07 ต.ค. 69
อ่านต่อ →
สงครามสายลับกับปริศนาการหายไปของชิ้นส่วนเครื่องบินรบ F-35 ในดินแดนของจีนเทคโนโลยี

สงครามสายลับกับปริศนาการหายไปของชิ้นส่วนเครื่องบินรบ F-35 ในดินแดนของจีน

01 ต.ค. 69
อ่านต่อ →