ไขข้อข้องใจ “แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน” ในรถยนต์ไฟฟ้าเสี่ยงไฟไหม้จริงหรือ?

เหตุการณ์รถยนต์ไฟฟ้าประสบอุบัติเหตุและไฟลุกไหม้เกิดขึ้นบ่อยครั้ง ปฏิเสธไม่ได้ว่าทำให้ผู้ที่กำลังเมียงมองหารถอีวีมาครอบครองสักคันเกิดความวิตกกังวลขึ้นในใจ

General Motors หรือ GM เพิ่งประกาศเรียกคืนรถยนต์ไฟฟ้า Chevrolet Bolt ที่ติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนทรงซอง (pouch) ในสหรัฐอเมริกา แบตเตอรี่ดังกล่าวผลิตโดยบริษัท LG Chem จากเกาหลีใต้ เนื่องจากพบความเสี่ยงที่จะเกิดไฟลุกไหม้

การรีคอลล์ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวตอกย้ำความท้าทายที่ว่าการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนให้มีเสถียรภาพนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย และบริษัทผู้ผลิตยังมีงานต้องทำอีกมากที่จะทำให้ผลิตภัณฑ์ของตนเองมีมาตรฐานสูงสุดและสร้างความไว้วางใจให้แก่ผู้บริโภคได้ในระยะยาว

แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนทำงานอย่างไร

เซลส์แบตเตอรี่อาจมีความแตกต่างกันทั้งขนาดและรูปทรงตามแนวทางการพัฒนาของบริษัทผู้ผลิตแต่ละราย แต่เกือบทั้งหมดมีองค์ประกอบหลัก 3 อย่างเหมือนกัน นั่นคือขั้วไฟฟ้า (electrodes) สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte) และแผ่นกั้นในแบตเตอรี่ (separator)

ขั้วไฟฟ้าทำหน้าที่กักเก็บลิเธียม ส่วนสารละลายอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวนำไอออน ขณะที่แผ่นกั้นเป็นส่วนป้องกันไม่ให้ขั้วแคโทด (cathode) และแอโนด (anode) สัมผัสกัน

พลังงานที่เกิดขึ้นในรูปแบบกระแสไฟฟ้าถูกปลดปล่อยออกมาจากเซลล์แบตเตอรี่เมื่อลิเธียม-ไอออนไหลผ่านขั้วลบหรือแอโนดไปสู่ขั้วบวกหรือแคโทด ขณะที่การชาร์จไฟนั้นไออนจะไหลในทิศทางตรงข้าม คือจากแคโทดสู่แอโนด

ทำไมแบตเตอรี่ประเภทนี้เสี่ยงติดไฟ

แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนที่ถูกใช้ในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นในรถยนต์หรืออุปกรณ์อิเลคโทรนิค สามารถติดไฟได้หากมีกระบวนการผลิตไม่ถูกต้องหรือเกิดความเสียหายในตัวแบตเตอรี่ ขณะเดียวกัน ถ้าซอฟต์แวร์ที่ควบคุมแบตเตอรี่มีการออกแบบไม่เหมาะสมก็ทำให้เกิดความเสี่ยงเช่นกัน

จุดอ่อนสำคัญของแบตเตอรี่ประเภทนี้คือการต้องใช้ของเหลวอิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีคุณสมบัติระเหยได้และติดไฟได้โดยเฉพาะเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมค่อนข้างสูง แรงปะทะจากภายนอกอย่างการเกิดอุบัติเหตุก็อาจทำให้สารเคมีรั่วไหลได้ด้วยเช่นกัน

คิม พิล-ซู ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมยานยนต์แห่งมหาวิทยาลัยแตลิมในเกาหลีใต้ กล่าวว่า “เมื่อรถยนต์ไฟฟ้าเกิดไฟลุกไหม้ การระบุสาเหตุที่แท้จริงนั้นมักเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากสถานการณ์ที่เกิดขึ้นมักแตกต่างกัน”

สำนักข่าว Reuters ระบุด้วยว่า บรรดาบริษัทรถยนต์และบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่มักไม่เปิดเผยข้อมูลที่แท้จริงเมื่อเกิดเหตุไฟไหม้ และไม่ระบุให้ชัดเจนว่าตัวรถมีความเสี่ยงที่ตรงจุดใด

แบตเตอรี่แบบใดติดไฟง่ายกว่ากัน

ปัจจุบัน บริษัทรถยนต์มักใช้แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน 3 ลักษณะ คือแบตเตอรี่แบบทรงกระบอก (cylindrical) แบตเตอรี่แบบทรงเหลี่ยม (prismatic) และแบตเตอรี่แบบทรงซอง (pouch) แต่ละลักษณะมีการทำงานเหมือนกัน แต่มีจุดเด่นและจุดด้อยต่างกัน

แบตเตอรี่แบบทรงกระบอก และแบบทรงเหลี่ยมจะถูกติดตั้งไว้ในวัสดุแข็งที่ป้องกันแรงกระแทก ขณะที่แบบซองจะถูกปิดผนึกไว้ในฟอยล์ที่มีความยืดหยุ่นและห่อหุ้มด้วยโลหะบางที่มีลักษณะคล้ายกระเป๋า

เทคโนโลยีที่ใช้ในแบตเตอรี่ทรงกระบอกถูกใช้งานมานานหลายปีแล้วและมักมีการทำงานที่มีเสถียรภาพ เซลส์สามารถรองรับแรงกดดันได้ดีโดยไม่เปลี่ยนรูปทรง มีต้นทุนถูกกว่า จึงเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก แต่จุดอ่อนคือมีน้ำหนักมากกว่าและรูปทรงนั้นมีข้อจำกัดในการใส่เซลส์ให้มีความหนาแน่น รถยนต์ไฟฟ้าของ Tesla ส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่รูปทรงกระบอก

แบตเตอรี่ทรงเหลี่ยมถูกยกย่องว่ามีความปลอดภัยมากกว่าและเบากว่า รูปทรงเหลี่ยมทำให้รองรับการจัดเก็บเซลส์ได้หนาแน่นมากกว่า ง่ายต่อการออกแบบไว้ในรถยนต์มากกว่าทรงกระบอก แต่จุดอ่อนคือต้นทุนที่แพงและมีวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ที่สั้นกว่า อีกทั้งยังบวมง่าย

ขณะที่แบตเตอรี่แบบซองมีน้ำหนักเบาและให้ความยืดหยุ่นในการออกแบบเช่นกัน เหมาะสำหรับการใช้งานในรถยนต์ไฟฟ้าหลากหลายรูปทรงตัวถัง แต่จุดด้อยคือบวมง่าย และมีความเสี่ยงที่จะเกิดไฟลุกไหม้ได้มากที่สุดเมื่อเกิดอุบัติเหตุ

แล้วมีโซลูชั่นส์อื่น ๆ อีกไหม

หลายบริษัทรถยนต์พยายามคิดค้นนวัตกรรมใหม่ ๆ BYD จากจีนผลิตเซลส์แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้ฟอสเฟตแคโทดซึ่งติดไฟยากกว่า แต่ไม่สามารถกักเก็บพลังงานได้มากเท่ากับแบตเตอรี่ที่ใช้แคโทดนิกเกิลโคบอลต์แมงกานีสที่ใช้ในรถอีวีส่วนใหญ่

GM ยังกำลังทดสอบเทคโนโลยีนิกเกิล-โคบอลต์-แมงกานีส-อลูมิเนียม (NCMA) ซึ่งใช้โคบอลต์น้อยลง ทำให้มีเสถียรภาพมากขึ้นและต้นทุนถูกลง

บริษัทผู้พัฒนาแบตเตอรี่จากจีนอย่าง CATL เพิ่งเปิดตัวแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออนในเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา ไม่มีการใช้ลิเธียม โคบอลต์ หรือนิกเกิลเลย ทำให้มีต้นทุนถูกกว่า

ขณะที่อีกหลายบริษัทรถยนต์รวมถึง Toyota กำลังพัฒนาแบตเตอรี่แบบแข็งหรือโซลิดสเตท ซึ่งช่วยลดปัญหาด้านความร้อนและความเสี่ยงติดไฟ แต่ยังต้องใช้เวลาในการวิจัยและพัฒนาอีกอย่างน้อย 3 – 5 ปีจึงจะสามารถนำมาใช้ในรถโปรดักชั่นที่ออกจำหน่ายทั่วไป