สวัสดีครับ หลังจากที่ผมได้เคยแปลบทความ Tesla เริ่มผลิตแบต Tabless , ผลิตได้เร็วกว่าระบบเดิมถึง 7 เท่า ไปแล้วนั้น ผมก็ลืมแปลบทความบทนี้ครับ ยังไงก็ขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วย
ลูกเพจทักผมมาวันนี้เกี่ยวกับบทความบทนี้มาวันนี้พอดี ผมก็เลยจะมาแปลให้ทุกท่านได้อ่านกันนะครับ
ทำไมต้องใช้ซิลิคอนมาทำแบต?
อย่างแรกเลยคือแร่ซิลิคอนนั้นเป็นแร่ที่มีเกลื่อนอยู่ทั่วโลก เรียกว่าหาได้ง่ายพอๆ กับแก๊สอ๊อกซิเจนที่เราใช้ในการหายใจกันอยุ่นี่แหละครับ
Tesla ได้ทำการวิจัยและพัฒนาการเก็บพลังงานจากแร่ซิลิคอนแล้วว่าสามารถเก็บพลังงานได้ดีกว่าแร่ลิเธียมที่ใช้กันใน iphone, รถยนต์ไฟฟ้าทุกชนิด ถึง 9 เท่าครับ
แร่ซิลิคอนอยู่ในที่ไหนบ้าง?
จริงๆ อยู่ไม่ไกลจากตัวเราเลยครับ ระหว่างที่ท่านกำลังอ่านบทความผมอยู่นี้ แร่ซิลิคอนก็อยู่ข้างตัวท่านแล้วครับ เพราะแร่ซิลิคอนนั้นคือทรายครับ โดยอีลอนบอกว่า ทรายนั้นเรียกว่า ซิลิคอน ไดออกไซด์ พอนำมาสกัดแยกออกมาก็จะเป็นซิลิคอนครับ เอาง่ายๆ ว่า ตึกอาคารที่อยู่ตรงหน้าของท่านก็มีแร่ซิลิคอนเต็มไปหมดเลย
ซิลิคอนเป็นแร่ธาตุที่หาง่ายที่สุดในโลกรองลงมาจากอ๊อกซิเจนนะครับ โดยซิลิคอนนั้นจะฝังอยู่ตาม ทราย, ดินเหนียว, หินแกรนิต,ซีเมนต์, เซรามิก, และซิลิโคน(นมปลอมนี่แหละครับ มีซิลิคอนอยู่ด้วย)
ที่มา : wikipedia ซิลิคอน
แล้วทำไมไม่มีใครเอาซิลิคอนมาทำแบตให้ใช้กันบ้างเลย?
คำตอบนี้ผมคงต้องอธิบายยาวหน่อยเพื่อจะได้เห็นภาพชัดเจนนะครับ
ก่อนอื่นเลยผมขออธิบายการอัดประจุกระแสไฟฟ้าเข้าแบต(charging) และการคายประจุไฟฟ้าออกจากแบต(discharging) กันก่อนนะครับ
เวลาเราชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็ม 100 % นั้นแร่ที่อยู่ภายในแบตจะขยายตัวครับ โดยแร่ลิเธียมนั้นขยายตัวในสัดส่วนที่ไม่มากเท่าไหร่ แต่แร่ซิลิคอนนั้นขยายตัวมากกว่าแร่ลิเธียมถึง 4 เท่า
ทำให้ที่ผ่านมา บริษัทต่างๆ หันหน้าหนีแร่ซิลิคอนกันทั้งนั้นเพราะว่าการที่แร่ซิลิคอนมันขยายตัวมากกว่าแร่ลิเธียมถึง 4 เท่าซึ่งนั่นก็แปลว่าการจัดระเบียบของสสารภายในแบตก็จะเปลี่ยนไปมากขึ้นเวลาแร่พองตัวหรือหดตัวครับ
หรือแปลเป็นอีกความหมายนึงคือแบตเสื่อมเร็วเนื่องจากตัวสสารเช่น แอโนดและแคโทด
หมายเหตุ : แอโนด (อังกฤษ: anode) คือ บริเวณด้านที่เกิดการให้อิเล็กตรอนจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี โดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ด้านนี้จะเรียกเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation)
แคโทด (อังกฤษ: cathode) คือ บริเวณด้านที่เกิดการรับอิเล็กตรอนจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี โดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ด้านนี้จะเรียกเป็นปฏิกิริยารีดักชัน (reduction)
ที่มา : digitalschool
ผมจะไม่ขอพูดลึกถึงสสารสองตัวนี้ว่าทำงานอย่างไรนะครับ แต่อยากอธิบายเป็นภาษาชาวบ้านว่าถ้ามีการชาร์จไฟและใช้ไฟจนหมดบ่อยๆ สุดท้ายแล้วซิลิคอนจะจัดเรียงตัวมั่วไปหมดและทำให้การดึงไฟฟ้าจากแบตออกมาได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ
ลองนึกภาพตามผมนะครับ ถ้าห้องคุณรกแบบภาพด้านล่างนี้เวลาคุณจะเอาของใส่เพิ่มเข้าไปในห้องหรือจะย้ายของบางอย่างออกจากห้องก็จะใช้เวลานานกว่าจะทำได้ใช่ไหมครับ เพราะมันรกมากๆ หายอะไรแทบไม่เจอเลย ลองคิดเล่นๆ ว่า ผมขอให้คุณหารีโมตทีวีให้ผมจากห้องด้านล่างนี้ คิดว่าจะใช้ระยะเวลามากกว่า 1 ชั่วโมงไหมครับ?
แต่ถ้าห้องของคุณสะอาดและถูกจัดของให้มีระเบียบอยู่ตลอดเวลา(ดังรุปด้านล่าง) ไม่ว่าคุณจะใส่ของเข้าไปกี่อย่าง(charging)หรือหาของเพื่อเอาออกจากห้อง(discharging)ก็จะสามารถทำได้เร็วกว่าห้องด้านบนครับ
ในทางกลับกันถ้าผมขอให้คุณหารีโมตทีวีให้ผมจากห้องด้านล่างนี้ คิดว่าไม่เกิน 5 นาทีคุณอาจจะหามันเจอแล้วก็เป็นได้ครับ
อย่างไรก็ตาม Tesla หา solution(วิธีการแก้ไข)สำหรับปัญหาเรื่องซิลิคอนขยายตัว 4 เท่ามากกว่าลิเธียมเวลาชาร์จแบตเต็มได้แล้วซึ่งวิธีนั้นก็คือ การสร้างสสารเหมือนแยมมาห่อตัวซิลิคอนเอาไว้แบบเป็นกลุ่ม เวลาซิลิคอนขยายตัว สสารที่ทำหน้าที่เหมือนเปลือกหุ้มหรือแยมนี้ก็จะขยายตัวไปด้วยแต่จะไม่ให้ซิลิคอนแตกออกจากกันเพื่อจัดระเบียบธาตุซิลิคอนครับ
ทั้งนี้ทั้งนั้น อีลอนประกาศในงาน Battery Day ว่า พวกเราสามารถทำได้สำเร็จแล้ว ตอนนี้เราสามารถเอาซิลิคอนมาใช้แทนแร่ลิเธียมได้ 100 % แล้วครับ
โดยวิศวกรที่ยืนข้างอีลอนก็บอกว่า รถยนต์ไฟฟ้า Tesla Model 3 ที่พวกคุณนั่งอยู่นั้นก็ใช้เทคโนโลยีแบตที่ทำมาจากซิลิคอนที่พวกเราพูดถึงครับ
อารมณ์เหมือนมาเฉลยความลับกันในงานเลย
แบตทำจากซิลิคอนแบบใหม่ถูกแค่ไหน?
ที่ผ่านมานั้นไม่มีใครสามารถแก้ไขโจทย์การขยายตัวของแร่ซิลิคอนได้ซักทีครับ ทำให้ทุกค่ายยังพึ่งพาแร่ลิเธียมเป็นหลัก ถามว่าแบตทุกก้อนมีซิลิคอนไหม ตอบเลยครับว่ามี แต่มีในสัดส่วนที่น้อยมากๆ ทำให้ไม่มีผู้ผลิตแบตเจ้าไหนบนโลกที่กล้าเอาซิลิคอนมาทำแบตแทนแร่ลิเธียมแบบ Tesla
ณ ปัจจุบันนั้นการผลิตแบตจะมีต้นทุน add-on จากแร่ซิลิคอนที่สูงมากๆ เช่น แบตที่ทำจากแร่ซิลิคอนในโครงสร้างของแกรไฟต์จะมีต้นทุนในการผลิตเฉลี่ยที่ 300 บาท($10.2) ต่อ kWh ส่วนแบตที่ทำจากซิลิลอนที่มีโครงสร้างใน SIO Glass(ศัพท์เทคนิคจริงๆ ผมไม่ได้แปลจริง แต่พูดง่ายๆ คือแร่ธาตุชนิดเดียวกับ “แก้ว”) จะมีต้นทุนในการผลิตเฉลี่ยที่ 198บาท($6.6) ต่อ kWh
พอ Tesla แก้ไขปัญหาเรื่องซิลิคอนพองตัวหรือหดตัวมากเกินไปได้โดยใช้สสารชนิดพิเศษ(คล้ายๆ แยม)มาคลุมรอบซิลิคอนทำให้ต้นทุนในการผลิตเฉลี่ยที่ 36 บาท($1.2) ต่อ kWh หรือถุกกว่าแบบเดิมลงไปถึง 9 เท่าครับ
หมายเหตุ : นี่เป็นเพียงส่วนของแอโนดในแบตนะครับ ไม่ใช่ราคาแบตทั้งหมด เพราะตัวแบตนั้นจะประกอบไปด้วยส่วนประกอบอื่นๆ อีกมากมาย
แล้วจะสร้างยังไง?
ถ้าจะให้อธิบายเป็นศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ โพสผมก็จะกลายเป็นโพสที่น่าเบื่อพอๆ กับ วิชาเคมีที่เรียนตอน ม. ปลายเป็นแน่แท้ครับ ผมจะพยามยามแปลเป็นภาษาชาวบ้านให้มากที่สุดล่ะกันนะครับ
การสร้างนั้นก็ไม่ได้ยากอะไร ก็เพียงเคลือบสาร(ion-conducting polymer)ซึ่งมีความยืดหยุ่นสูงไปบนตัวแร่ซิลิคอน จากนั้นทำการจัดวางกันแบบภาพด้านขวาล่างคือจัดเรียงให้เป็นระเบียบ(เหมือนสร้างถนนให้ electrode เดินได้ครับ) ซึ่งการจัดเรียงนี้ต้องใช้หุ่นยนต์มาช่วยในการทำครับเพราะสสารมันเล็กมากๆ ตาคนแทบจะมองไม่เห็นกันเลย สิ่งสำคัญคือการวางซิลิคอนและแยมนั้นต้องไม่วางมั่วๆ เหมือนการหว่านเมล็ดพันธุ์ครับ แต่เป็นการจัดวางเหมือนการดำนาคือวางเป็น pattern ให้กระแสไฟสามารถวิ่งผ่านได้ดี
หมายเหตุ : การจัดเรียงซิลิคอนให้เป็นระเบียบแบบนี้จะทำให้ใช้แร่เท่าเดิมแต่สามารถเก็บไฟได้มากขึ้นถึง 20 % และราคาต้นทุนถูกลงถึง 37 %
BLINK DRIVE TAKE
ณ ปัจจุบันราคาแบตเตอรี่ประเภท lithium-ion (ลิเธียมไอออน)ในท้องตลาดจะอยู่แถวๆ $150-$250 (4,500 – 7,500 บาท)ต่อ kWh
Tesla ตั้งเป้าจะสร้างแบตให้มีราคาต่ำกว่า $100 หรือ 3,000 บาทต่อ kWh ครับ ลองคิดเล่นๆ สิครับ รถยนต์ไฟฟ้า Tesla Model 3 มีแบต 75 kWh ดังนั้นต้นทุนราคาแบตจะอยู่แถว ๆ $12,000 หรือ 360,000 บาท (อ้างอิงราคาแบต lithium-ion ปี 2019) แต่ถ้า Tesla ผลิตแบตแบบนี้ได้สำเร็จ ราคาแบตจะหล่นลงไปต่ำกว่า $7,500 หรือ 225,000 บาทครับ
จริงๆ ผมเหลือบทความให้แปลอีก 5-6 บทความจากข้อมูลในคลิปนะครับ ไว้ว่างๆ จะมาแปลให้อ่าน
ปล. การแปลบทความเหล่านี้ใช้พลังงานสมองของผมมากกว่าการแปลข่าวของ Tesla หรือรถยนต์ไฟฟ้าอื่นๆ ประมาณ 10 เท่าครับเพราะต้องไปค้นหาความหมายคำศัพท์ทางเคมีและฟิสิกส์ต่างๆ ในอินเตอร์เน็ต จากนั้นผมต้องทำความเข้าใจและนำมาอธิบายเป็นภาษาชาวบ้าน ซึ่งยากมากๆ ครับ T__T อารมณ์เหมือนทำการบ้านวิชาเคมีส่งอาจารย์เลย ซึ่งวิชานี้ผมได้ D มาครับ
ทำให้ผมไม่ค่อยจะแปลบทความเหล่านี้ถ้าไม่ค่อยมีคนมาสนใจเยอะๆ นะครับ ยังไงก็ขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วย
ถ้าสนใจงานแปลบทความของผมจริงๆ ก็ส่ง feedback (comment กันเข้ามา) ได้ที่ facebook fanpage Blink Drive แล้วเจอกันใหม่นะครับ อย่างไรก็ตาม ผมได้ทำคลิปสรุปแบต 4680 เอาไว้ตรงนี้แบบว่า รวบรวมข้อมูลที่ศึกษามาตลอด 2 สัปดาห์เต็มๆ ย่อมาให้เหลือเพียง 1 ชั่วโมงตรงนี้เลยนะครับ
