สวัสดีครับ ชาว Blink Drive ทุกท่าน วันนี้ผมจะพยายามทยอยเขียนเรื่องราวเกี่ยวกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ตัวใหม่ของ Tesla แบบโพสต่อโพสน่ะครับ เพราะว่าข้อมูลเกี่ยวกับแบตเตอรี่ 4680 นั้นเยอะจริงๆ ถ้าเอามาเขียนจบในโพสเดียวคาดว่าจะใช้เวลาประมาณ 10 วันน่ะครับ
ปล. Blink Drive มีทีมงานอยู่ 1 คนถ้วนซึ่งก็คือผมนี่แหละครับ ทำให้การแปลข้อมูลนั้นทำได้ช้ามากๆ ยังไงก็ขออภัยล่วงหน้ามา ณ ที่นี้ด้วย
แบต ณ ปัจจุบันนั้นเป็นแบบมี tab น่ะครับซึ่งมีข้อเสียเรื่องความร้อนอยู่เยอะเลยทีเดียว เดี๋ยวผมจะค่อยๆ อธิบายน่ะครับว่าการออกแบบแบตไม่มี Tab นั้นดียังไง
Tab คืออะไร?
ก่อนอื่นเลยต้องมาทำความเข้าใจกันก่อนว่าคำว่า Tab นั้นแปลว่า แผ่นหรือเศษน่ะครับ แต่ความหมายของ Tab ในเชิงวิทยาศาตร์ที่เอามาใช้กับแบตเตอรี่นั้นหมายความว่า
A ‘foil-to-tab‘ weld is needed to gather all the current collector plates (foils) inside the cell and join them to a tab. The tab then exits the cell casing, which allows the cell’s energy to be transferred to an external source.
ที่มา : targlay
แปลว่า tab นั้นคือสะพานของพลังงานแบตทั้งก้อนนั้นเองครับ ก่อนพลังงานจะถูก charge (อัดประจุ) หรือ discharge (คายประจุ) ก็ต้องผ่านสะพานไฟอันนี้ครับ
ถ้าให้เปรียบเทียบแบบเข้าใจง่ายๆ ก็คงเปรียบแบตเตอรี่ให้เป็นเหมือนแทงค์น้ำ ส่วน Tab ก็คือก๊อกน้ำครับ คราวนี้ถ้าต้องการใช้น้ำเยอะๆ ก็ต้องเปิดก๊อกให้สุด ข้อแตกต่างระหว่างแบตกับแท๊งค์น้ำคือการเปิดก๊อกน้ำเพื่อระบายน้ำไม่ได้เกิดความร้อนแต่อย่างใดครับ แต่การคายประจุเร็วๆ หรืออัดประจุเร็วๆ จะทำให้เกิดความร้อนสะสมครับ
ยกตัวอย่างง่ายๆ เวลาคุณชาร์จมือถือด้วยแท่นชาร์จเร็ว ความร้อนสะสมก็จะเริ่มเกิดใช่ไหมครับ? ยิ่งแบตมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใดความร้อนจะไปสะสมที่ Tab (แปลว่า ขั้วหรือสะพานไฟ)มากขึ้นเท่านั้นครับ
ส่วนภาพด้านล่างนี้คือการออกแบบแบตในปัจจุบัน(แบบเก่า)ซึ่งเค้าเรียกมันว่า Jelly-Roll Design หรือการสร้างแบตแบบวุ้นม้วนครับ ซึ่งเป็นการสร้างแบบเหมือนพวกแบต AA บ้านเรานี่แหละครับคือเอาวัสดุมาห่อรังแบตทีล่ะชั้นจากนั้นจะมี Cathode tab หรือขั้วแบตเอาไว้สำหรับเป็นทางเข้า-ออกของกระแสไฟครับ ซึ่งวิธีการนี้มันทำให้เกิดความร้อนสะสมที่ตัวแบตครับ
Tab เอาไว้ทำอะไร?
พูดเกี่ยวกับ Tab เรื่อยๆ ทุกคนก็จะเห็นภาพเพียงแค่ว่ามันคือสะพานไฟน่ะครับแต่ยังไม่เข้าใจอยู่ดีว่าแบตเตอรี่นั้นใช้ tab ทำอะไรบ้างดังนั้นผมขออธิบายสั้นๆ ง่ายๆ แบบนี้ครับ
ทุกครั้งที่เราอัดประจุ(charge)ไฟเข้าแบตนั้นตัวอิเล็กตรอนมันจะวิ่งจาก cathode ไปยัง anode (จากลบไปบวก)
เวลาเราดึงไฟ(discharge)แบตเตอรี่มาใช้อิเล็กตรอนจากฝั่ง anode ก็จะกลับเข้าไปยัง cathode ยังไงล่ะครับ (เดินทางจากบวกไปลบ)
หมายเหตุ : อิเล็กตรอน (Electron) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบวิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียสตามระดับพลังงานของอะตอมนั้นๆ โดยส่วนมากของอะตอม จำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีเท่ากับจำนวนโปรตอน เช่น ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว – ที่มา : อิเล็กทรอน
ดังนั้นที่ผ่านมานั้น ค่ายรถยนต์ไฟฟ้าต่างๆ พยายามเลี่ยงที่จะสร้าง cell battery ที่มีขนาดใหญ่มาโดยตลอดครับเพราะเค้ารู้ว่าตัว tab จะทำงานหนักจนร้อนและทำให้ความร้อนสะสมนี้ลดทอนประสิทธิภาพของแบตครับ จนมาถึงวันนี้ Tesla ได้ค้นพบวิธีการกำจัดความร้อนสะสมที่ตัวแบตเตอรี่ได้แล้วครับ
ออกแบบแบบ Tabless
แทนที่จะแยกออกเป็นชั้นๆ แบบนั้น พี่อีลอนแกบอกว่า ก็จับรวมกันให้หมดเลยล่ะกัน เห้ยเอา separator (กำแพงแยก anode กับ cathode) ออกจากกันแบบนี้ บ้าไปแล้วครับ ผมยังไม่ขออธิบายข้อมูลเกี่ยวกับ anode กับ cathode ในโพสนี้น่ะครับ เดี๋ยวมันจะหลุดโลกกันเกินไปครับ
อารมณ์เหมือนกินข้าวคลุกน้ำอัดลมแหละครับ เอาทุกอย่างมารวมกันแบบนี้ มันบ้าสิ้นดีเลยครับ แต่ถึงอย่างไรมาดูวิธีที่ Tesla ใช้ในการสร้างแบตแบบไม่มี Tab และไม่มีที่กั้น(separator) ระหว่าง anode กับ cathode กันหน่อยนะครับ
“A cell of an energy storage device with at least one electrode that is tabless, and methods of forming thereof, are described. The cell includes a first substrate having a first coating disposed thereon, wherein a second portion of the first substrate at a proximal end along the width of the first substrate comprises a conductive material. An inner separator is disposed over the first substrate.
A second substrate is disposed over the inner separator. The second substrate has a second coating disposed thereon. The first substrate, the inner separator, and the second substrate in a successive manner, the first substrate, the inner separator, and the second substrate are rolled about a central axis.” cells,” reads the patent.
อ้างอิงจากข้อมูลสิทธิบัตรของเทสล่า
แปล – การสร้างแบตแบบ tabless นั้นมีขั้นตอนต่อไปดังนี้ คือ พื้นผิวชั้นแรกของ cell battery จะถูกเคลือบด้วยสารเคลือบพิเศษ ในขณะที่ส่วนถัดมาของพื้นผิวชั้นแรกซึ่งอยู่ใกล้เคียงกับปลายขอบของพื้นผิวแรกนั้นจะถูกเคลือบด้วยวัสดุที่เป็นสื่อนำกระแสไฟฟ้า หรือพูดง่ายๆว่าพื้นผิวแรกของ cell battery นั้นจะมีทั้งตัวนำไฟและสารเคลือบเพื่อกั้นกลาง(inner separator) อีกด้วย
แปล(ต่อ)-พื้นผิวส่วนที่สองจะอยู่ถัดมาจาก inner separator(แผ่นกั้น) ซึ่งพื้นผิวส่งที่สองนั้นจะเชื่อมต่อกับพื้นผิวส่วนแรกเอาไว้ โดยการเชื่อมต่อทั้งหมดจะถูกม้วนเข้าสู่ตรงกลาง (Central axis) ที่เรียกว่า cell
ดูจากคำแปลนั้นงงเอามากๆ ครับ ผมแปลเอายังงงอยุ่เลย ฮ่าๆ เอาเป็นว่า ผมจะแปลออกมาจากข้อมูลที่ได้เข้าไปอ่านตามเว็บต่างๆ แล้วกันน่ะครับ
การสร้างแบตปัจจุบันจะทำการสร้างแบบ vertical (แนวตั้ง)และเอา anode และ cathode ที่เป็นแผ่นๆ นั้นมารวมกันแบบภาพด้านล่างนี้
แต่การสร้างแบตแบบใหม่นั้นจะเอา anode และ cathode นั้นมารวมกันแบบ Horizontal หรือแบบแนวนอนอย่างรุปด้านล่างนี้ครับ
- 114 คือ insulative (ฉนวน)
- 118 คือ conductive (ตัวนำไฟฟ้า)
- 102 คือ first substrate (ผิวชั้นแรก)
- 110 คือ first coating (สารเคลือบชั้นแรก)
- 302 คือ roller (ตัวม้วน)
ส่วนการดึงประจุไฟมาใช้นั้นสามารถทำได้เยอะขึ้นและเร็วขึ้นกว่าแบตรุ่นเก่าเพราะว่าการเดินทางของอิเล็กตรอนนั้นสามารถเดินทางภายในผิวชั้นแรกได้เลยครับ (ไม่ต้องผ่าน tab) ดังนั้นความร้อนที่เกิดก็น้อยกว่า
ใหญ่กว่าแต่เดินทางได้สั้นกว่า
ถ้าดูจากภาพด้านบนคุณจะเห็นว่าตรงกลางนั้นคือcell battery ก้อนใหม่ที่อยู่ใน 4680 ครับ ส่วนที่เหลือรอบๆนั้นคือทองแดงซึ่งถูกตัดและเชื่อมต่อด้วยเลเซอร์ทั้งหมดครับ ทองแดงที่เห็นนั้นมีเอาไว้สำหรับระบายความร้อนเท่านั้น
ดังนั้นการผลิตแบต 4680 นั้นจะลดเส้นทาง electrical path จาก 250 mm เหลือเพียง 50 mm เท่านั้น ทำให้แบตมีประสิทธิภาพในการปล่อยประจุมากขึ้นอย่างมหาศาล (อย่าลืมครับว่าการที่ประจุ electron เดินทางไกลขึ้นก็สูญเสียพลังงานมากขึ้น ค่าโอม(ค่าความต้านทาน)ก็สูงขึ้นตามตัวเช่นกัน)
อีลอนบอกว่า 4680 นั้นเป็น cell battery ที่มีขนาดใหญ่แต่มี shorter length of electron (เส้นทางการเดินทางของประจุ electron สั้นกว่า) แบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็กกว่าอย่างแบตรุ่น 2170 เป็นต้นครับ
ยิ่งไม่มี tab แบบนี้การเดินทางนั้นแทบจะเป็นอิสระจากกันและกันครับ อีลอนไม่บอกว่าการเดินทางของ electron แบบ tabless นั้นเดินทางยังไงได้บ้างเพราะเค้าบอกว่าเป็นความลับทางการค้า
แต่ถึงอย่างไรก็ตาม ผมอยากให้ทุกคนจินตนาการตามผมดูน่ะครับ ถ้าบ้านหลังนึงมีประตูทางเข้าแค่บานเดียว(tab) เวลาจะเอาคนเดินเข้าบ้านซัก 20 คนก็ใช้เวลาอย่างต่ำ 20-40 วินาทีเนอะ แต่ถ้าบ้านไม่มีประตูหรือกำแพงบ้านล่ะ จินตนาการพื้นที่ลานอเนกประสงค์ดูน่ะครับ คน 20 คนใช้ระยะเวลาเพียง 1 วินาทีก็สามารถเข้าไปในบ้านหรือสถานีที่แห่งนั้นได้ทันทีครับ สิ่งที่ผมอยากจะบอกคืออีลอนกำลังสร้างนวัตกรรมเปลี่ยนประวัติศาสตร์ไปตลอดกาลเลย
ที่มา : Interesting Engineering, electrek
BLINK DRIVE TAKE
ในความคิดเห็นส่วนตัวของผม สิ่งที่เราเรียนรู้มาจากห้องเรียนในวันนี้อาจจะใช้ไม่ได้ในอีก 1-2 ปีข้างหน้าแล้วก็ได้เพราะอนาคตนั้นเปลี่ยนแปลงเร็วมากๆ เราจึงจำเป็นต้องเรียนรู้อยู่ตลอดเวลาแหละครับ
ยกตัวอย่าง เช่น อุตสาหกรรมรถยนต์ นั้น ไม่ต้องพูดถึงครับ เพราะถ้าโรงงานผลิตแบตนี้เดินเครื่องเต็มสูบได้เมื่อไหร่รถยนต์สันดาบทั้งโลก ไม่สิทุกประเทศบนโลก(ยกเว้นกะลาแลนด์) จะได้เจ๊งแน่นอนครับ
ติดตามกระทู้เกี่ยวกับการผลิตแบตก้อนนี้ได้ที่ : Tesla เริ่มผลิตแบต Tabless , ผลิตได้เร็วกว่าระบบเดิมถึง 7 เท่า
ปล. ต้องขอบคุณรัฐบาลของกะลาแลนด์น่ะครับ ที่สร้างกำแพงภาษีป้องกันรถยนต์ไฟฟ้าทุกรุปแบบเอาไว้แบบนี้ ทำให้ผู้ประกอบการสามารถอุ่นใจว่า อุตสาหกรรมรถยนต์น้ำมันจะอยู่กับประเทศนั้นไปจนวันตายกันเลยทีเดียวครับ
อารมณ์เหมือนว่าทั้งโลกหันไปพัฒนาระบบต่างๆ เช่น 4G (สถานีอัดประจุไฟ) หรือ application ในมือถือ(พัฒนาคนขึ้นมาเพื่อตอบโจทย์อุตสาหกรรมตัวนี้) เพื่อรองรับการมาของ iphone (Tesla) และ android(ค่ายรถยนต์ไฟฟ้าจากจีน) แต่กะลาแลนด์พยายามหน้าด้านขาย symbian (hybrid)อยู่น่ะครับ โดยเอาเหตุผลเรื่องคนตกงานมาเป็นข้ออ้างในการไม่ยอมเปลี่ยนถ่ายเทคโนโลยีครับ
อย่างไรก็ตาม ผมได้ทำคลิปสรุปแบต 4680 เอาไว้ตรงนี้แบบว่า รวบรวมข้อมูลที่ศึกษามาตลอด 2 สัปดาห์เต็มๆ ย่อมาให้เหลือเพียง 1 ชั่วโมงตรงนี้เลยนะครับ
