สวัสดีครับ เมื่อ 3-4 วันที่แล้วผมได้พูดเกี่ยวกับการเทคโนโลยีแบตแบบใหม่ของโลกในไปในกระทู้ Tesla แก้โจทย์ความร้อนจากแบตที่ใหญ่ขึ้นได้ยังไง? มาดูกัน กันแล้วน่ะครับ มาวันนี้ผมจะขอย้อนกลับไปยังเทคโนโลยี Tabless กันอีกนิดหน่อยน่ะครับ
การสร้างแบตแบบ tabless ทำให้การผลิตเร็วขึ้นอย่างมาก
อีลอนบอกว่า การสร้างแบตแบบปัจจุบันที่ทำกันคือการสร้างแบตแบบมี Tab ซึ่งขั้นตอนการผลิตแบตนั้นต้องมาเสียเวลาอย่างมากใน station ติดตั้ง tab เข้าไปยังแบต แล้วถ้าแบตก้อนไหนลืมติด tab หรือพลาดในการติด tab ไปแล้วล่ะก็ ทั้ง process (ขั้นตอน)ทั้งหมดต้องหยุดการทำงานและจากนั้นต้องไป restart ใหม่เกือบหมดเพื่อให้แบตที่ลืมติดหรือพลาดในการติด tab นั้นมี tab เข้าไปด้วยน่ะครับ
ขั้นตอนการสร้างแบต 4680 ของ Tesla
ขั้นตอนการสร้างแบต 4680 ของ Tesla หลักๆ นั้นมี 4 ขั้นตอนหลักน่ะครับ
- สร้างแผ่น electrode
- ม้วนแผ่น (Winding)
- ประกอบขึ้นรูป (Assembly)
- บรรจุเข้ารังแบต (Formation)
การผลิตแบตรุ่นใหม่ลดต้นทุนไป 14 %
ก่อนเทสล่าจะเล่าเรื่องเกี่ยวกับการผลิตแบตรุ่นใหม่นี้ต้องขอย้อนเวลากลับไปช่วงต้นยุค 1900 กันก่อนน่ะครับ ก่อนอื่นต้องขอบอกว่า อุตสาหกรรมการผลิตแบต lithium-ion นั้นเพิ่งเกิดเมื่อปี 1990 เองหรือ 30 ปีที่ผ่านมาเองครับ ดังนั้นยังไม่มีผู้นำอุตสาหกรรมรถยนต์หน้าไหนเคยทำการผลิตแบบใหญ่โตแบบนี้มาก่อน ที่ผ่านมาคือผลิตแบตแค่ป้อนมือถือหรือ laptop (โน๊ตบุ๊ต)เท่านั้นครับ
ทำให้ Tesla ต้องหาข้อมูลอยู่เยอะมากว่าวัสดุต่างๆ ที่จะนำมาผลิตแบตนั้นต้องใช้เครื่องจักรแบบไหนกันบ้าง สุดท้ายมาจบที่อุตสาหกรรมสื่อพิมพ์และขวดแก้วครับ เดี๋ยวผมจะค่อยๆ เล่าว่า อุตสาหกรรมสื่อพิมพ์ เช่นเครื่องพิมพ์หนังสือพิมพ์หรือเครื่องจักรลำเลียงขวดแก้วนั้นมาเกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมการผลิตแบต Tesla รุ่น 4680 ได้ยังไงกันน่ะครับ
จาก Printing เป็น Winding
ภาพด้านบนฝั่งซ้ายคือภาพกระบวนการผลิตสื่อพิมพ์เช่น หนังสือพิมพ์ ออกมาในจำนวนมากน่ะครับ
(ถัดมาที่เทสล่า)ภาพด้านบนนี้เป็นภาพการเปลี่ยนผง Electrode ให้กลายเป็นแผ่น electrode ดั่งภาพซ้ายบน จากนั้นทำการม้วนแผ่น Electrode (เหมือนแผ่นฟิล์ม)เหล่านั้นให้กลายเป็นแบตเตอรี่ครับ
ซึ่งถ้าเราผลิตแบตแบบมี Tab ก็ต้องหยุด process การ winding(ม้วน)เป็นระยะๆน่ะครับเพราะต้องหยุดขั้นตอนระหว่างหมุนเพื่อทำการใส่ Tab เข้าไป จากนั้นก็กลับมาม้วนอีกรอบซึ่งเสียเวลาและเพิ่ม process ในการทำงานอยู่มากๆ
ปล. ผมได้นำภาพแบตเตอรี่รุ่นเก่า (2170) ของ Tesla มาโชว์ให้ดูด้านล่างว่า Tab หน้าตาเป็นอย่างไรน่ะครับ
เดี๋ยวผมจะขออธิบายว่าทำไมการผลิตแบตแบบใหม่(4680) นั้นเหนือกว่าแบต 2170 ยังไงน่ะครับ
1. Electrode – Wet Process (แบบเก่า)
ขั้นตอนแรกในการผลิตแบตรุ่นใหม่ของ Tesla จะเริ่มที่ Wet Process หรือการผลิตแบบเปียกครับ โดยผมจะพูดขั้นตอนแรกกันก่อนน่ะครับ
- เริ่มโดยการเอาผงคาโธด(Cathode) มาทำปฏิกริยากับสารละลายและละลายลงไปในน้ำ
2. หลังจากผสมกับสารเคมีอื่นๆเสร็จแล้วก็เอามาเคลือบและตากแห้งผ่านโรงอบขนาดมหึมา(ลู่อบนั้นมีความยาวประมาณ 10 เมตร)
3. น้ำปูนข้น(slurry เป็นสารเคมีที่ Tesla ไม่ได้บอกรายละเอียด)ได้ถูกเคลือบลงไปในแผ่นฟอยเรียบร้อยแล้ว
4. จากนั้นก็จะทำการดึงตัวทำละลาย(solvent)ออกมาจากแผ่นฟอยนั้นเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ [อธิบายเพิ่มเติม] process นี้เหมือนจะเป็นการ recycle solvent(ตัวทำละลายผงเคมีต่างๆ ที่ให้เคลือบกับแผ่นฟอยหรือฟิล์มซึ่งเป็นวัสดุหลักในการสร้างแบต)
5. ทำการขึ้นรูปแบตโดยการ press ให้กลายเป็นแผ่นฟิล์มครับ
โดยขั้นตอนนี้จะมีเครื่องจักรเยอะมากๆ ดังรูปด้านล่างนี้ครับ
แถม process ในการผลิตนั้นซับซ้อนเอามากๆ เพราะว่าต้องเอาสาร solvent (ตัวละลาย)นำกลับมาใช้ใหม่เรื่อยๆ รวมไปถึงการสร้างลู่วิ่งสำหรับ dry(ทำให้แห้ง) สารเคมีต่างๆ ครับ
Electrode – Wet Process (แบบใหม่)
ขั้นตอนนี้สั้นมากๆ ครับ ขั้นตอนแรกเริ่มโดยการเอาผงคาโธด(Cathode) มาขึ้นรูปขึ้นมาเป็นแผ่นฟิล์ม
หมายเหตุ : อีลอนบอกว่า ที่เห็นในภาพนั้นเหมือนดูง่าย เหมือนกับไม่มีอะไรเลย อารมณ์เหมือนเอาผงมาบดและขึ้นรูปเป็นแผ่น แต่จริงๆ แล้วมีสารเคมีและวิธีการขึ้นรูปเป็นแผ่นฟิล์มแบบนี้ที่ซับซ้อนอยู่มาก (อย่าลืมน่ะครับในแผ่นฟิล์มนี้ถูกแบ่งออกเป็น 3 layer หลักๆ(ดังรูปด้านล่าง) ดังนั้นการสร้างแผ่นฟิล์มแบบนี้ขึ้นมาต้องใช้เครื่องจักรที่มีความแม่นยำในการจัดวางผงต่างๆ แบบละเอียดอยู่มาก
ขั้นตอนนี้ดีอย่างคือไม่ต้องใช้สารเพื่อทำการละลาย (Solvent) หรือนำสารละลายกลับมาใช้ใหม่อีกแล้ว ดังนั้นขั้นตอนจาก 5-10 ขั้นตอนเหลือเพียง 2 ขั้นตอนถ้วนครับ คือผสมผง cathode และ anode จากนั้นก็ dry coat จบแระ
ณ ปัจจุบันนั้น Tesla สามารถสร้างแผ่นฟิล์ม(electrode) นั้นได้มากกว่า 10 กิโลเมตรแล้ว โดยบางส่วนได้นำมาแปลงเป็นแบต 4680 แล้ว แต่อีลอนพยายามหาวิธีทำให้มันผลิตได้เร็วขึ้นและประหยัดต้นทุนในการผลิตขึ้นก่อนจะขึ้นโรงงานผลิตแบตแบบจริงจังน่ะครับ
ณ ปัจจุบันจะเป็นโรงงาน Pilot (เครื่องจักรโรงงานที่ตั้งขึ้นเพื่อทดลองดูก่อน) ซึ่งอีลอนบอกว่า ภายใน 3-4 เดือนหลังจากนี้จะเริ่มเปิดให้ผลิตแบตแบบจริงจังแล้วน่ะครับ และคาดการณ์ว่าจะสามารถสร้างผลิตแบต 4680 ก้อนนี้ได้ถึง 10 GWh ภายในปลายปีหน้าครับ
Assembly (ประกอบ)
Blink Drive อยากจะบอกว่าส่วนที่ยากที่สุดในการสร้างแบตคือ Dry Process ครับซึ่ง Tesla ลดขั้นตอนจาก 5-10 ขั้นตอนเหลือเพียง 2 ขั้นตอนเท่านั้น ตบหน้าค่ายรถยนต์ทั่วโลกกันไปเลยครับ
มาอีกส่วนนั้นคือส่วน Assembly (การประกอบ)แผ่นฟิล์มคาโธดและอะโหนดเข้ากับตัวแบตเตอรี่น่ะครับ
โดยขั้นตอนนี้นั้นเป็นขั้นตอนที่ challenge (ท้าทาย) มากๆ เหมือนกัน โจทย์ของ Tesla คือสร้างสายพานการผลิตให้วิ่งเร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้ การหยุดสายการผลิตเพียง 1 วินาทีต่อแบต 1 ก้อนนั้นจะเพิ่มต้นทุนมหาศาลในการสร้างแบตกันเลยทีเดียวครับ
ดังนั้น เทสล่าใส่ใจการผลิตขั้นตอนการประกอบ(assembly)อย่างมากและเค้าบอกว่าเราจะสร้างสายพานที่มีความเร็วเท่ากับ Highway Road(ถนนทางด่วน) ไม่ใช่ local road(ถนนหน้าหมู่บ้าน)
ถ้าถามผมว่าเร็วแค่ไหน ก็ดูตัวเลขด้านล่างได้เลยครับ
ไลน์การผลิตนี้จะมีความยาวเท่ากับไลน์การผลิตเก่าของแบต 2170 แต่ความเร็วในการผลิตนั้นจะเร็วขึ้นถึง 7 เท่า โดยไลน์การผลิตนึงจะสามารถผลิตแบตได้มากถึง 20 GWh ต่อปี
หมายเหตุ : การผลิตแบตได้ 20 GWh หรือ 20,000,000 kWh ก็สามารถเอามาใส่รถยนต์ไฟฟ้า Tesla Model 3 รุ่น long range(แบต 75 kWh) ได้ประมาณ 266,666 คันครับ
ปัญหาคือ Tesla ไม่ได้คิดจะสร้างแค่ไลน์การผลิตไลน์เดียวครับ Tesla ตั้งใจจะสร้างประมาณ 5-10 ไลน์ใน 1 โรงงานครับ นี่คือปัญหาของรถยนต์น้ำมันแล้วครับ (จุดจบไหมครับ? ลองคิดกันเองเนอะ ^^)
อีลอนกล่าวว่า โรงงานผลิตแบตเตอรี่ทั่วโลก รวมไปถึงโรงงาน Tesla ที่เมือง Fremont ด้วยนั้นใช้ประสิทธิภาพพื้นที่โรงงานในการผลิตแบตได้ต่ำมากๆ เค้าบอกว่าต่ำถึง 2-3 % ของศักยาภาพการผลิตแบตรุ่นใหม่นี้ด้วยซ้ำ ดังนั้นการผลิตแบตรุ่นใหม่นี้จะสามารถดึงศักยภาพโรงงานผลิตแบตได้ออกมามากถึง 10 กว่าเท่าสบายๆ ครับ ดังนั้นโรงงานผลิตแบตของ Tesla ในอนาคตจะเล็กกว่าปัจจุบันถึง 10 เท่า(ถ้าต้องการผลิตให้ได้ปริมาณเท่าเดิม)
แต่ถึงอย่างไรก็ตาม อีลอนบอกอีกว่า โรงงานผลิตแบต 4680 ของ Tesla นั้นจะมีความเร็วและประสิทธิภาพเร็วกว่าโรงงานผลิตแบต ณ ปัจจุบันอย่างต่ำถึง 2 เท่าเลย ดังนั้น output (ผลผลิต)จะได้อย่างน้อย 2 เท่าเป็นอย่างต่ำ แต่นี่ผลิตแบตที่มีความจุมากกว่าอีก ทำให้เค้าคำนวณกันแล้วว่าโรงงาน Tesla แห่งใหม่นั้นจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าโรงงานผลิตแบตทั่วโลกอยู่ประมาณ 10 เท่าครับ (โดยโรงงานแห่งใหม่นี้ใช้พื้นที่ในการผลิตน้อยกว่าน่ะครับ)
FORMATION(การจัดวางแบต)
อย่างที่รู้ๆกันว่ารถยนต์ไฟฟ้านั้นกินไฟค่อนข้างเยอะ ดังนั้นการจัดวางแบตให้เชื่อมต่อถึงกันเป็น 10,000 ก้อนนั้นถือเป็นเรื่อง challenge (ท้าทาย)อย่างมาก เพราะรถยนต์ไฟฟ้าคันนึงนั้นทำการ charge (อัดประจุ)และ discharge(ใช้พลังงานหรือคายประจุ)มากกว่า 20,000 – 30,000 ครั้งก่อนที่จะปลดประจำการรถคันนั้น
ณ ปัจจุบัน ทาง lab ได้คำนวณกันว่า 4680 นั้นจะสามารถชาร์จ 15,000 รอบ (charge cycle) ก่อนแบตจะเริ่มเสื่อม(90 % SoH) ต่างจาก 2170 ที่จะเริ่มเสื่อมแถวๆ 4,000 รอบ (Charge cycle)
ยิ่งเทคโนโลยีปัจจุบันนั้นทำให้แบตเหล่านี้สามารถอยู่ได้นานขึ้นมากกว่าเดิมหลายเท่า
ดังนั้นการวางตำแหน่งแบตนั้นต้องวางให้ถูกต้องเพื่อให้เกิดประโยชน์ใช้สอยได้มากที่สุดครับ พอแบตมีขนาดใหญ่ขึ้นถึง 5.5 เท่าและให้พลังงานมากถึง 6-7 เท่าทำให้ใช้พื้นที่ในการจัดการน้อยลงและลดอุปกรณ์ที่ใช้ในการจัดวางลงไปมากครับ
โดย Tesla บอกว่าแบต 4680 นี้จะประหยัดต้นทุนในการผลิตไปได้ถึง 86 % และลดเส้นทางเดินสายไฟต่างๆ(footprint)ในการจัดวางไปได้ถึง 75 %
BLINK DRIVE TAKE
เอาล่ะครับ มาถึงตรงนี้แล้ว ทุกคนเริ่มเข้าใจขึ้นบ้างหรือยังว่า ทำไมฝรั่งถึงมองว่าแบต Tesla ก้อนนี้กำลังสร้างจุดจบให้กับรถยนต์น้ำมันทั่วโลกครับ
นี่ยังไม่ใช่จุดจบของข้อมูลแบต Tesla น่ะครับนี่เป็นเพียง 1 ใน 10 ข้อมูลที่ผมเพิ่มแปลได้เท่านั้นเอง ยังมีชุดข้อมูลของ Tesla อีกมากมายที่คนไทยยังไม่สามารถเข้าถึงได้เพราะยังเป็นภาษาอังกฤษ(ยังไม่ได้รับการแปลครับ)
ภาคต่อไปของชุดข้อมูลเกี่ยวกับแบต Tesla คือ Tesla เอาซิลิคอนมาเป็นวัสดุในการทำแบต 4680 ลดต้นทุนไปได้ถึง 37 %
อย่างไรก็ตาม ผมได้ทำคลิปสรุปแบต 4680 เอาไว้ตรงนี้แบบว่า รวบรวมข้อมูลที่ศึกษามาตลอด 2 สัปดาห์เต็มๆ ย่อมาให้เหลือเพียง 1 ชั่วโมงตรงนี้เลยนะครับ
