“แบตเตอรี่กราฟีน” ฝีมือคนไทย! ราคาถูก ชาร์จไว สำหรับ รถยนต์ไฟฟ้า ใช้ทดแทนลิเธียมไอออนได้

วันนี้กระแสความนิยมของรถยนต์ไฟฟ้า หรือ รถยนต์ EV มาแรงและเร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้มาก ผู้ใช้รถเริ่มหันมาให้ความสนใจมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ส่วนหนึ่งอาจมาจากราคาน้ำมันที่มีแนวโน้มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ที่สำคัญคือไม่ก่อมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

แต่ก็มีหลายคนยังลังเลและกังวลที่จะใช้รถยนต์ไฟฟ้า เนื่องด้วยแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า ยังใช้เวลาชาร์จไฟนานในแต่ละครั้ง ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ยังมีข้อจำกัดเรื่องระยะทางในการขับขี่ จึงมีการคิดค้นและพัฒนาแบตเตอรี่เพื่อมาแก้ Pain Point ดังกล่าว 

ก่อนอื่นเราต้องทำความเข้าใจก่อนว่า กราฟีน (Graphene) คือ ชั้นอะตอมของคาร์บอนที่เรียงตัวต่อกันเป็นโครงสร้าง 6 เหลี่ยม (Hexagonal) ซึ่งโดดเด่นด้วยคุณสมบัติพิเศษหลายด้าน มีความบางที่สุดในโลก มีความแข็งแกร่งกว่าเพชรและเหล็กกล้าถึง 200 เท่า นำไฟฟ้าได้ดี น้ำหนักเบาแต่พื้นผิวมาก กราฟีน 1 กรัม จะมีพื้นผิวเท่ากับ 10 สนามเทนนิส และเป็นประโยชน์ในการสร้างนวัตกรรมต่าง ๆ มากมาย 

สำหรับจุดเด่นของ “แบตเตอรี่กราฟีน” คือ เป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ดี มีคุณสมบัติเหมาะสมต่อการนำมาพัฒนาแบตเตอรี่ โดยสามารถชาร์จไฟได้เร็ว และกักเก็บพลังงานได้มากขึ้นจากแบตเตอรี่แบบเดิม ทำให้สามารถขับขี่ได้ไกลขึ้น ที่สำคัญไม่ระเบิด ไม่ติดไฟ จึงปลอดภัยต่อการใช้งาน

ทั้งนี้ด้วยความที่วัสดุที่ใช้กราฟีนจะมีความพรุนสูงและมีพื้นที่ผิวที่มากกว่า และมีความแข็งแรงและน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการชาร์จและความยืดหยุ่นสูง และเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับการเก็บพลังงานอย่างมาก

และด้วยความที่กราฟีนมีการนำไฟฟ้าสูงจะช่วยให้ถ่ายโอนพลังงานได้มากขึ้นและชาร์จไฟเร็วขึ้นแต่ความร้อนน้อยลง นอกจากนั้นยังผ่านการย่อยสลายน้อยกว่าเมื่อเทียบกับลิเธียมในขณะที่ให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ EV ได้อย่างมาก นอกจากนี้ แบตเตอรี่กราฟีนยังประหยัดต้นทุนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนกว่าแบตเตอรี่ EV ประเภทอื่น ๆ อีกด้วย

ซึ่งเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนแล้ว แบตเตอรี่กราฟีนยังมีต้นทุนที่ถูก ทนทาน ปลอดภัย และใช้งานได้ยาวนานกว่ามาก ยิ่งกว่านั้นคือกราฟีนยังเป็นวัสดุที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ จึงเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และตอบโจทย์เศรษฐกิจ BCG ได้อย่างมีประสิทธิภาพนั่นเอง 

ล่าสุดประเทศไทย ได้ประกาศความสำเร็จในการคิดค้น ‘แบตเตอรี่กราฟีน’ แห่งแรกของไทย โดยทีมนักวิจัยจากคณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง หรือ สจล. ถือเป็นผู้บุกเบิกการนำวัสดุกราฟีนสู่ภาคอุตสาหกรรมไทย 

โดยขณะนี้กำลังวิจัยแบตเตอรี่กราฟีนสำหรับใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งจะพร้อมทดสอบกับมอเตอร์ไซค์และรถตุ๊กตุ๊กภายในต้นปีหน้า ก่อนที่จะพัฒนาต่อไปเพื่อทดสอบกับรถยนต์ไฟฟ้าประเภทอื่น ซึ่งปัจจุบัน สจล.เป็นแห่งเดียวในไทยที่สามารถผลิตวัสดุ “กราฟีน” ได้เองจากโรงงานต้นแบบผลิตกราฟีนใน สจล. 

โดยมีกำลังผลิตเดือนละ 15 กิโลกรัม ทดแทนการนำเข้าซึ่งมีราคากิโลกรัมละกว่า 10 ล้านบาท คิดเป็นมูลค่ารวมกว่า 60 -100 ล้านบาทต่อเดือน ซึ่งมีราคาต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่าการนำเข้าจากต่างประเทศถึง 50% นับเป็นความสำเร็จในเฟส 1 และวันนี้ เป็นความสำเร็จในเฟส 2 ที่ทีมวิจัยคิดค้นพัฒนา แบตเตอรี่กราฟีน โดยใช้ รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ ร่วมกับคาร์บอนจากวัสดุการเกษตรธรรมชาติเหลือทิ้งมาใช้ประดิษฐ์ขั้วไฟฟ้า 

ทั้งนี้ทีมวิจัย คณะวิทยาศาสตร์ สจล.ได้คิดค้นนวัตกรรมกราฟีน จนสามารถคว้ารางวัลการวิจัยแห่งชาติปี 2566 ได้สำเร็จ เป็นการคิดค้นพัฒนา“แบตเตอรี่กราฟีน” โดยใช้รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ ร่วมกับคาร์บอนจากวัสดุการเกษตรธรรมชาติ เช่น ถ่านเปลือกทุเรียน ถ่านกัญชง ถ่านหินลิกไนต์ และคาร์บอนทั่วไป มาประดิษฐ์ขั้วไฟฟ้า ถือเป็นการสนับสนุนแนวทางเศรษฐกิจ BCG (Bio-Circular-Green Economy) ลดปริมาณขยะสิ่งแวดล้อม ลดการนำเข้า เป็นการสร้างมูลค่าเพิ่มจากการใช้วัสดุการเกษตรเหลือใช้ภายในประเทศได้อย่างมีประสิทธิภาพ

นอกจากนี้ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) ยังได้พัฒนาวัสดุใหม่ คือ วัสดุคอมโพสิตยางพารา ผสม นาโนกราฟีนออกไซด์ เพื่อป้องกันการคายประจุจากไฟฟ้าสถิต ทั้งเป็นตัวดูดซับสารอิเล็กโทรไลต์ให้มีสภาพเปียกได้สูง มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง ช่วยให้การเคลื่อนที่ของไอออนไหลผ่านได้ดีขึ้นจากรูพรุนที่เหมาะสม ส่งผลให้ยางพารามีประสิทธิภาพในการเป็นตัวแยกขั้วไฟฟ้าที่ดี ไม่มีความร้อนสะสมภายใน ทนต่อความร้อนและปฏิกิริยาเคมีจากกราฟีนออกไซด์ ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่ราคาถูกกว่าลิเธียมไอออนมาก

ในอนาคต สจล.ระบุว่า จะพัฒนาให้สามารถใช้ได้กับยานยนต์ไฟฟ้า EV มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า สามล้อไฟฟ้า ถือเป็นการพัฒนาสู่เฟสที่ 3 และ 4 เพื่อรองรับอุตสาหกรรมใหม่ก้าวเป็นฮับ EV และสังคมที่ยั่งยืน ซึ่งถือว่าเป็นนิมิตรหมายที่ดีต่ออุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าของไทย หากเราสามารถผลิตแบตเตอรี่สำหรับใช้งานรถ EV ได้เองในประเทศ จะทำให้รถที่ประกอบในประเทศอาจมีราคาถูกลงตามไปด้วย

นอกจาก กราฟีน จะใช้ผลิตเป็นแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพแล้ว ยังสามารถต่อยอดสู่นวัตกรรมอื่น ๆ ได้อีกมากมาย อาทิ เม็ดพลาสติกกราฟีน, ผ้าไหมไทยย้อมกราฟีน โดยคิดค้นพัฒนาเส้นด้ายไหมและผลิตผ้าไหมด้วยวัสดุอนุพันธ์กราฟีน หรือจะเป็น นวัตกรรมตรวจจับพลาสมาบับเบิ้ล (Plasma Bubble) เพื่อคาดการณ์ภัยพิบัติ นำร่องอากาศยาน และใช้ GPS ได้อย่างแม่นยำและปลอดภัย 

เป็นทราบกันดีว่าปัจจุบันรถยนต์ไฟฟ้า หรือ รถ EV ส่วนใหญ่จะใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ส่งผลให้รถ EV มีน้ำหนักมาก เนื่องจากต้องใช้เซลล์แบตเตอรี่จำนวนมาก และยังมีอุณหภูมิที่สูงระหว่างการใช้งาน ที่สำคัญมีต้นทุนการผลิตที่สูง ซึ่งหากแบตเตอรี่ถูกพัฒนาให้เบาลงได้ ก็จะทำให้รถ EV วิ่งได้ไกลขึ้นด้วย

ทั้งนี้มีการคาดการณ์ว่า เทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ใช้กราฟีนประเภทต่าง ๆ จะถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อย ๆ เช่นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบกราฟีนจะมีใช้ใน 1-3 ปีข้างหน้า ส่วนแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตจะมีใช้ใน 4-8 ปี ขณะที่ตัวเก็บประจุแบบกราฟีนจะมีให้ใช้ภายใน 10 ปีข้างหน้า

เนื่องจากปัจจุบันแร่ลิเธียมลดลงมากจึงเริ่มขาดแคลน ดังนั้นแบตเตอรี่กราฟีน ที่มีราคาถูกและรีไซเคิลได้ง่ายกว่ามาก และโซเดียมและอะลูมิเนียมมีปริมาณมากกว่าลิเธียมจึงมีโอกาสมาแทนที่ในไม่ช้า ที่น่าสนใจคือแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ไอออนแบบกราฟีน

ซึ่งเป็นการผสมผสานของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ มีแนวโน้มจะสามารถเป็นแบตเตอรี่ EV หลักได้ในอนาคต เนื่องจากเซลล์อลูมิเนียมกราฟีนสามารถชาร์จได้เร็วกว่าเซลล์ลิเธียมไอออนถึง 60 เท่า และเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่อื่นอย่างมาก 

ทำให้ปัจจุบันค่ายรถยนต์ไฟฟ้าหลายค่าย เริ่มพัฒนาแบตเตอรี่ประเภทอื่น ๆ กันมากขึ้น เนื่องจากลิเธียมเริ่มขาดแคลนและต้องลงทุนที่สูงขึ้น ขณะที่แบตเตอรี่กราฟีนตอบโจทย์ในหลายด้าน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการใช้แบตเตอรี่กราฟีนในรถยนต์ไฟฟ้าจะเป็นไปได้ แต่ในปัจจุบันยังไม่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์

เนื่องจากจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อพัฒนาเทคนิคการผลิตจำนวนมากและเพื่อกำหนดความสามารถเชิงปฏิบัติของวัสดุเพิ่มเติมต่อไป เป็นเรื่องที่ต้องติดตามกันต่อไปว่า เทคโนโลยีกราฟีน จะมาเปลี่ยนโลกธุรกิจรถยนต์ไฟฟ้าให้ก้าวไปข้างหน้าอย่างยั่งยืนโดยเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นได้อย่างไร

https://expo.kmitl.ac.th/innovation/cleyy6422000008l54tmg3wfu

https://www.springnews.co.th/digital-tech/auto/838132

https://mgronline.com/greeninnovation/detail/9660000022139

https://www.bangkokbiznews.com/tech/innovation/1059831

https://www.springnews.co.th/digital-tech/auto/829702