ความก้าวหน้าด้านแบตเตอรี่ทำให้แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตเข้าใกล้ความเป็นจริงอีกขั้นหนึ่ง

แบตเตอรี่โซลิดสเตตที่จะครองตลาดรถยนต์ไฟฟ้า

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะกลายมาเป็นโซลูชันหลักสำหรับระบบแบตเตอรี่ EV แต่ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่บ้าง

ปัญหาประการหนึ่งคือความหนาแน่นของพลังงานยังไม่มากเท่าใดนัก และอีกปัญหาหนึ่งคือปัญหาความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับการเติบโตของเดนไดรต์ที่เจาะแบตเตอรี่และอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ในบางครั้ง

ที่มา: รางวัลโนเบล

คาดว่าปัญหาทั้งสองประการจะได้รับการบรรเทาด้วยแบตเตอรี่โซลิดสเตต ซึ่งจะขจัดความจำเป็นในการใช้อิเล็กโทรไลต์และความเสี่ยงต่อเดนไดรต์

โตโยต้าคาดการณ์ว่าจะมีการใช้งานแบตเตอรี่โซลิดสเตตเหล่านี้ภายในปี 2027และโดยรวมแล้ว ดูเหมือนว่าจะเป็นตัวเลือกที่มั่นคงสำหรับ อนาคตแห่งการเคลื่อนที่.

อย่างไรก็ตาม ยังคงมีปัญหาบางประการอยู่ โดยเฉพาะกับอิเล็กโทรไลต์ของแข็งประเภทการ์เนต ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า Li7La3Zr2O12 หรือ LLZO (ดูด้านล่าง)

นับเป็นข่าวดีที่นักวิจัย 4 คนจากมหาวิทยาลัย McGill ในแคนาดาได้ประกาศว่าพวกเขาได้สร้างการออกแบบ LLZO ใหม่ที่สามารถส่งพลังงานได้เพิ่มมากขึ้น พวกเขาได้เผยแพร่ผลการวิจัยใน Cell Reports Physical Science ในเอกสารที่มีชื่อว่า “แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลแบบโซลิดสเตตทั้งหมดขนาด 4.8 โวลต์ที่ใช้การ์เนตพร้อมอินเทอร์เฟซที่เสถียร"

อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต

แอลแอลโซ

โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่โซลิดสเตตมักกล่าวกันว่าไม่จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรไลต์ ซึ่งถือเป็นเรื่องที่ถูกต้องในทางเทคนิคเมื่ออ้างถึงอิเล็กโทรไลต์เหลวที่ใช้ทั่วไปในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แน่นอนว่าแบตเตอรี่ทุกก้อนยังคงต้องมีสะพานเชื่อมระหว่างขั้วบวกและขั้วลบเพื่อให้ทำงานได้ อิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต (SE) มีอยู่ 3 ประเภท ได้แก่ เซรามิก โพลิเมอร์ และคอมโพสิต SE (CSE)

สารอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตตแบบผสม (CSE) ผสมโพลิเมอร์ SE กับสารตัวเติมอนินทรีย์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าไอออนิก เช่น Li7La3Zr2O12 (LLZO) เพื่ออำนวยความสะดวกในการขนส่งลิเธียมไอออน

แม้ว่าวิธีนี้จะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำงานแรงดันไฟฟ้าสูงในแบตเตอรี่หนาแน่น แต่ก็ประสบปัญหาการสัมผัสกับอิเล็กโทรดที่ไม่ดี ทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมลดลง

LLZO ที่มีรูพรุน

สิ่งที่นักวิจัยค้นพบก็คือ LLZO สามารถทำมาจากเมมเบรนเซรามิกที่มีรูพรุน แทนที่จะใช้แผ่นเซนเซอร์แบบปกติ ในแง่เทคนิค:

ที่นี่ เราออกแบบอิเล็กโทรไลต์ของแข็งคอมโพสิต (CSE) ที่ทำจากการ์เนตที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูงและเป็นมิตรกับอินเทอร์เฟซ ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างที่มีรูพรุน Li6.1Al0.3La3Zr2O12 ลูกบาศก์และโพลีไวนิลิดีนไดฟลูออไรด์ (PVDF) ที่มีโครงสร้างต่อเนื่องสามมิติ

เมื่อมองดูจะพบว่าเป็นโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนมากซึ่งเต็มไปด้วยรูเล็กๆ ในระดับจุลภาค:

ที่มา: เซลล์

การกระทำดังกล่าวทำให้ลิเธียมไอออนมีการสัมผัสพื้นผิวมากขึ้น ในขณะที่ยังคงยึดติดกับอิเล็กโทรดได้อย่างแข็งแรง

ที่มา: เซลล์

แบตเตอรี่มีความเสถียรและทนทานยิ่งขึ้น

โดยรวมแล้ว แบตเตอรี่โซลิดสเตตมีประสิทธิภาพและพลังงานมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมาก แต่การผลิตในระดับขนาดใหญ่เพื่อให้ใช้งานได้หลายรอบการชาร์จและคายประจุโดยไม่สูญเสียความจุเป็นเรื่องยาก

นักวิจัยจึงทดสอบแบตเตอรี่เพื่อดูว่าอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรดที่พวกเขาสร้างขึ้นนั้นแข็งแรงตามที่คาดหวังหรือไม่

หลังจากผ่านไป 200 รอบ พวกเขาได้ศึกษาภายใต้กล้องจุลทรรศน์และไม่พบร่องรอยของการเสื่อมสภาพ เช่น การแตกร้าว การแยกตัว ฯลฯ

ที่มา: เซลล์

โดยรวมแล้ว ต้นแบบแบตเตอรี่แสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อการก่อตัวของเดนไดรต์

เซลล์สมมาตร Li-Li ที่ใช้ CSE ที่เป็นเซรามิกสามารถหมุนเวียนได้อย่างเสถียรเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง ที่ 0.1 และ 0.5 mA cm−2 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมต่อการสะสมของ Li-metal และแม้กระทั่งการสะสมของ Li+ (การยับยั้งเดนไดรต์)

โปรไฟล์ความปลอดภัยที่ดีขึ้น

การก่อตัวของเดนไดรต์ที่ลดลงอย่างมาก รวมถึงการไม่มีอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ น่าจะช่วยเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมได้อย่างมาก

เนื่องจากความหนาของ CSE ที่เป็นเซรามิกมีเพียง 125 μm ทำให้เทคโนโลยีนี้สามารถแข่งขันกับแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงได้

นอกจากนี้ ควรสังเกตด้วยว่าแม้จะไม่ใช่เรื่องง่าย แต่เทคนิคที่ใช้ในการสร้าง LLZO ที่ได้รับการปรับปรุงไม่จำเป็นต้องใช้โลหะหายาก เครื่องจักรหายาก หรือขั้นตอนที่ซับซ้อนซึ่งแตกต่างไปจากปกติในการผลิตแบตเตอรี่

ที่มา: เซลล์

โดยรวมแล้ว นี่ควรเป็นก้าวสำคัญในการส่งเสริมคุณลักษณะของแบตเตอรี่โซลิดสเตตให้ดียิ่งขึ้นในทุกด้านที่สำคัญ ได้แก่ ความเสถียร ความปลอดภัย ความหนาแน่นของพลังงาน และความง่ายในการผลิต

แบตเตอรี่โซลิดสเตตกำลังได้รับความนิยมหรือไม่?

ไม่ได้หมายความว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะกลายเป็นมาตรฐานใหม่สำหรับแบตเตอรี่ EV ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอาจสามารถแข่งขันได้เช่นกัน โดยส่วนใหญ่แล้วเป็นเพราะการปรับปรุงการออกแบบ โดยมีนาโนพอร์ที่คล้ายคลึงกันที่ช่วยลดการก่อตัวของเดนไดรต์

ที่สะดุดตาที่สุด แบตเตอรี่รังผึ้งที่พัฒนาโดย CATL ผู้นำระดับโลกด้านการผลิตแบตเตอรี่ อาจถึงระดับความปลอดภัยและความหนาแน่นของพลังงานใกล้เคียงกับแบตเตอรี่โซลิดสเตตบางชนิด

โดยรวมแล้ว ดูเหมือนว่าความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับวัสดุของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับไมโครและนาโน รวมถึงการใช้งานของนาโนรูพรุนจะเป็นหนทางไปข้างหน้าในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ต่อไปและขจัดความเสี่ยงที่เกิดจากการก่อตัวของเดนไดรต์ออกไปอย่างถาวร

การลงทุนในเทคโนโลยีแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมได้เปลี่ยนแปลงโลกมาแล้วหลายครั้ง จากที่ทำให้ผู้คนสามารถพกพาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงไปทุกที่ จนถึงการจ่ายพลังงานให้รถยนต์ด้วยไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว

พวกเขาอาจยังทำแบบนั้นอีกครั้งหรือใช้แบตเตอรี่ประเภทอื่น โดยอนุญาตให้มีโครงข่ายไฟฟ้าหมุนเวียน 100% หรืออนุญาตให้ใช้ไฟฟ้ากับเครื่องบินได้เมื่อถึงความหนาแน่นของพลังงานที่สูงเพียงพอ

คุณสามารถลงทุนในบริษัทที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ผ่านโบรกเกอร์หลายราย และคุณสามารถดูคำแนะนำของเราสำหรับโบรกเกอร์ที่ดีที่สุดใน Securities.io ได้ที่นี่ ประเทศสหรัฐอเมริกา, แคนาดา, ออสเตรเลีย, สหราชอาณาจักร, เช่นเดียวกับประเทศอื่น ๆ อีกมากมาย.

หากคุณไม่สนใจที่จะเลือกบริษัทแบตเตอรี่โดยเฉพาะ คุณสามารถดู ETF ด้านเทคโนโลยีชีวภาพได้ ขยายเทคโนโลยีลิเธียมและแบตเตอรี่ ETF (BATT),โกลบอลเอ็กซ์ ลิเธียมและแบตเตอรี่เทค ETF (LIT)หรือ WisdomTree โซลูชั่นแบตเตอรี่ UCITS ETFซึ่งจะช่วยให้เกิดความหลากหลายมากขึ้นในการใช้ประโยชน์จากอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ที่กำลังเติบโต

บริษัทโซลิดสเตต

QuantumScape ถือเป็นแนวหน้าในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ โดยได้รับการคาดหวังมานานแล้วว่าบริษัทจะเป็นหนึ่งในบริษัทแรกๆ ที่นำแบตเตอรี่โซลิดสเตตออกสู่ตลาด

แบตเตอรี่ QuantumScape ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลแบบไม่มีขั้วบวก

แบตเตอรี่แบบไม่มีขั้วบวกจะเก็บไอออนไว้ในแหล่งสะสมไฟฟ้าเคมีของโลหะอัลคาไลโดยตรงบนตัวเก็บกระแสไฟฟ้า วิธีนี้ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าของเซลล์สูงขึ้น ต้นทุนของเซลล์ลดลง และเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน

ที่มา: QuantumScape

(เราได้หารือถึงแนวคิดของแบตเตอรี่แบบไม่มีขั้วบวกในบริบทของแบตเตอรี่โซเดียมใน “แบตเตอรี่โซเดียมโซลิดสเตตแบบปลอดขั้วบวกอาจช่วยลดการพึ่งพา 'สามเหลี่ยมลิเธียม'")

อย่างไรก็ตาม QuantumScape มักเลื่อนวันผลิตแบตเตอรี่จำนวนมากออกไปเป็นประจำ ส่งผลให้ความกระตือรือร้นของนักลงทุนที่มีต่อบริษัทลดลง

สิ่งนี้อาจเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับการพัฒนาที่สำคัญบางประการในปี 2023 และ 2024:

• การปรับปรุงความสม่ำเสมอและคุณภาพของการผลิต
• การปรับปรุงการออกแบบบรรจุภัณฑ์ เช่น ระยะขอบภายในที่แคบลง ตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้าที่บางลง และกรอบที่เพรียวบางลง
• จัดส่งเซลล์ยูนิตโหลดแคโทดสูงให้กับพันธมิตร OEM (ผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม) ของยานยนต์
• ประกาศเปิดตัว QSE-5 ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ตัวแรกของบริษัท โดยมุ่งหวังที่จะเป็นลูกค้ารายแรกในกลุ่มอุตสาหกรรมยานยนต์

โดยรวมแล้ว QuantumScape ดูเหมือนจะเป็นบริษัทโซลิดสเตตที่มีเทคโนโลยีที่เป็นผู้ใหญ่ที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงความทนทานของแบตเตอรี่

ที่มา: QuantumScape

ข้อตกลงกับโฟล์คสวาเกน

ที่สำคัญกว่านั้น บริษัทกำลังแสดงให้เห็นถึงความคืบหน้าที่แท้จริงในการสร้างความร่วมมือกับ Volkswagen 2^nd ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ที่สุดในโลก

ในเดือนกรกฎาคม 2024QuantumScape ลงนามข้อตกลงร่วมกับ Volkswagen เพื่อร่วมมือกันผลิตเซลล์แบตเตอรี่บนพื้นฐานของการออกแบบ QSE-5

ใบอนุญาตดังกล่าวจะช่วยให้ PowerCo สามารถผลิตและจำหน่ายแบตเตอรี่รถยนต์ได้ถึง 40 GWh ต่อปี และสามารถขยายได้อีก 40 GWh

นี่เป็นใบอนุญาต IP แบบไม่ผูกขาดและมีค่าลิขสิทธิ์ซึ่งช่วยให้ QuantumScape สามารถขายให้กับลูกค้ารายอื่น ๆ ที่มีศักยภาพได้ต่อไป

ที่สำคัญกว่านั้น การที่จะบรรเทาความวิตกกังวลของนักลงทุนเกี่ยวกับบริษัทนั้น ก็คือ การจ่ายค่าลิขสิทธิ์ครั้งแรกจำนวน 130 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งจะหักจากค่าลิขสิทธิ์ในอนาคตที่ชำระโดย PowerCo ซึ่งเป็นบริษัทลูกด้านแบตเตอรี่ของ Volkswagen

ซึ่งจะทำให้บริษัทมีกระแสเงินสดหมุนเวียนเพิ่มขึ้นอีก 18 เดือนเมื่อเทียบกับแนวทางก่อนหน้านี้ โดยไปจนถึงปี 2028

ควรมีเวลาเหลือมากพอที่จะเพิ่มการผลิตและเริ่มสร้างรายได้ที่มั่นคง

ตราบใดที่แบตเตอรี่ QuantumScape มีประสิทธิภาพเพียงพอ แบตเตอรี่เหล่านี้ก็น่าจะสามารถหาช่องทางในตลาดร่วมกับแบตเตอรี่ที่ผลิตโดยบริษัทขนาดใหญ่ เช่น CATL, BYD และ Panasonic ได้

เมื่อพิจารณาว่า Volkswagen ได้ทดสอบต้นแบบ QuantumScape ของตัวเองอย่างละเอียดแล้วและศึกษาถึงการเพิ่มปริมาณการผลิต ข้อตกลงล่าสุดนี้จึงถือเป็นการรับรองเทคโนโลยีของบริษัทอย่างมั่นคง

ที่มา: QuantumScape

นอกจากนี้ กำหนดเส้นตายในการนำแบตเตอรี่โซลิดสเตตเชิงพาณิชย์ของ Toyota ในปี 2027 ซึ่งตรงกับกำหนดเส้นตายคู่ขนานกันนั้น ดูเหมือนจะบ่งชี้ว่าหลังจากการเริ่มต้นที่ผิดพลาดหลายครั้ง ขณะนี้เทคโนโลยีดังกล่าวก็กำลังไปถึงจุดที่สมบูรณ์เพียงพอแล้ว