แบตเตอรี่ลิเธียมมีกี่ประเภท แต่ละประเภทมีข้อดีข้อเสียอย่างไร

แบตเตอรี่ลิเธียม (Lithium-ion battery) เป็นเทคโนโลยีการเก็บพลังงานที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในสมัยปัจจุบัน ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงและมีความยืดหยุ่นในการใช้งาน แบตเตอรี่ชนิดนี้ถูกนำมาใช้ในหลากหลายอุปกรณ์ต่างๆ เช่น โทรศัพท์มือถือ, แท็บเล็ต, โน้ตบุ๊ค, กล้องดิจิตอล, รถยนต์ไฟฟ้า และอื่นๆ ที่ต้องการพลังงานพกพาหรือใช้พลังงานเคลื่อนที่ได้ระยะเวลานาน โดยโมเดลที่นิยมสูงสุดคือ 18650

Lithium-ion battery ใช้เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานโดยใช้ปฏิกิริยากลุ่มไอออนลิเธียมระหว่างการเคลื่อนย้ายไอออนจากซับสตราต์ไปยังซับสตราต์โดยผ่านวัสดุเครื่องกั้นที่เรียกว่าเอเล็กโทรไลต์ โดยซับสตราต์ทั้งสองมีการประกอบด้วยโครงสร้างแบบผ่านต่างๆ เช่น โคบอลต์, ฟอสเฟต, แมงกานีส ฯลฯ ที่ช่วยให้สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้น

ข้อดีของ Lithium-ion battery คือมีความสูงสุดในเรื่องของความหนาแน่นพลังงาน และมีประสิทธิภาพในการเก็บและเปลี่ยนแปลงพลังงานได้ดี นอกจากนี้ยังมีอัตราการสูญเสียพลังงานต่ำ ความเสถียรสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนาน และมีความยืดหยุ่นในการออกแบบที่ทำให้เหมาะสมกับหลากหลายการใช้งาน

แบตเตอรี่ลิเธียมมีประเภทหลายแบบ และแต่ละแบบมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันและเหมาะสมกับการใช้งานต่างๆ ดังนี้ เป็นภาพรวมของแต่ละประเภทและข้อดีข้อเสียที่สำคัญต่างๆ

1. แบตเตอรี่ลิเธี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2 หรือ LCO):

แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ เป็นชนิดหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion battery) ที่ใช้สารประกอบหลักเป็นไฟฟ้าบวกและไฟฟ้าลบของโคบอลต์.

แรงดันต่อเซลล์: แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์มีแรงดันประมาณ 3.7 โวลต์ต่อเซลล์.

รอบการใช้งาน: รอบการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์อยู่ในช่วง 300-500 รอบการชาร์จและดิสชาร์จ. ค่า DOD (Depth of Discharge) ที่ใช้งานโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 80% ถึง 90%, หมายความว่าแบตเตอรี่จะถูกใช้งานจนเหลือพลังงานประมาณ 10-20% เพื่อส่งผลให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น.

• • ข้อดี: มีความจุพลังงานสูง, น้ำหนักเบา, มีประสิทธิภาพชาร์จและดิสชาร์จสูง
  • ข้อเสีย: มีความเสียเร็วในการพฒนาความจุพลังงานและการใช้งานยาวนาน, เครื่องกระแสสูงอาจเกิดการระเบิดและเกิดความร้อนมากขึ้น

อย่างไรก็ตาม ควรระมัดระวังในการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์เพื่อป้องกันการเกิดการระเบิดหรืออัคคีภัย และควรทำการชาร์จและดิสชาร์จให้ถูกต้องตามคำแนะนำของผู้ผลิต เพื่อรักษาประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ให้ยาวนานที่สุด

2. แบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟต (Lithium Iron Phosphate) (LiFePO4 หรือ LFP):

แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟต เป็นชนิดหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion battery) ที่ใช้สารประกอบหลักเป็นไฟฟ้าบวกและไฟฟ้าลบของฟอสเฟต.

แรงดันต่อเซลล์: แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟตมีแรงดันประมาณ 3.2 โวลต์ต่อเซลล์. แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟตมีแรงดันต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ แต่มีความปลอดภัยสูงกว่าในบางกรณี เช่น ต้านทานต่อการระเบิดและการร้อนเกินไป นอกจากนี้เรายังมีให้ดูแรงดันโดยละเอียดได้จากบทความ ตารางแรงดันแบตเตอร์รี่ LiFePO4

รอบการใช้งาน: รอบการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟตสามารถขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการใช้งานและการดูแลรักษา โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟตสามารถมีรอบการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและคงความจุได้ดีในสภาวะการใช้งานที่หนัก อาจมีรอบการใช้งานประมาณ 2000-6000 รอบการชาร์จและดิสชาร์จขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการใช้งาน โดย ค่า DOD (Depth of Discharge) แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟตสามารถใช้งานโดยให้ค่า DOD สูงได้โดยไม่เกิดผลกระทบต่ออายุการใช้งาน ซึ่งค่า DOD ที่ใช้งานโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 70-80% หมายความว่าแบตเตอรี่จะถูกใช้งานจนเหลือพลังงานประมาณ 20-30% เพื่อรักษาอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ให้ยาวนานขึ้น.

• • ข้อดี: ปลอดภัยสูง, แข็งแรง, มีอายุการใช้งานยาวนาน, มีประสิทธิภาพการชาร์จและดิสชาร์จดีในอุณหภูมิสูง เป็นที่นิยมหาซื้อได้ง่ายที่สุด
  • ข้อเสีย: มีราคาแพง, มีน้ำหนักสูงกว่า NMC ในขนาดความจุเดียวกัน

แบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟตมีคุณสมบัติที่ปลอดภัยและมีอายุการใช้งานยาวนาน แต่ก็มีข้อจำกัดในด้านขนาดและความหนักที่ใหญ่กว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดอื่นๆ ทำให้มักถูกใช้ในงานที่ต้องการความปลอดภัยสูงและอายุการใช้งานยาวนาน เช่น การใช้ในระบบกำลังสำรองสำหรับสถานที่หรือระบบจักรยานไฟฟ้าที่ต้องการความเสถียรภาพและประสิทธิภาพสูง.

3. แบตเตอรี่ลิเธี่ยมแมงกานิสออกไซด์ Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4 หรือ LMO):

แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ เป็นชนิดหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion battery) ที่ใช้สารประกอบหลักเป็นไฟฟ้าบวกและไฟฟ้าลบของแมงกานีสออกไซด์.

แรงดันต่อเซลล์: แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์มีแรงดันประมาณ 3.0 โวลต์ต่อเซลล์. แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์มีแรงดันต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์และลิเธียมฟอสเฟต.

• • ข้อดี: มีประสิทธิภาพการชาร์จและดิสชาร์จดี, ความคงทนสูง, ความปลอดภัยสูง
  • ข้อเสีย: ความจุพลังงานต่ำกว่าบางประเภท, การใช้งานในอุณหภูมิสูงอาจทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น

แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์มีคุณสมบัติที่ดีในเรื่องของความปลอดภัยและมีอายุการใช้งานยาวนาน แต่อาจมีความจุที่เล็กกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์และลิเธียมฟอสเฟต จึงมักถูกนำมาใช้งานในอุปกรณ์ที่ต้องการขนาดเล็กและแรงดันต่ำ อย่างเช่น นาฬิกาไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา หรือเครื่องมือไฟฟ้าเล็กๆ

4. แบตเตอรี่ลิเธี่ยมนิเคิลแมงกานิสโคบอลต์ออกไซด์ Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2 หรือ NMC):

แบตเตอรี่ลิเธียมนิเกลเซลล์แมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide, Li-NMC) เป็นชนิดหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium-ion battery) ที่ใช้สารประกอบหลักเป็นนิเกลเซลล์และแมงกานีสโคบอลต์ มักถูกใช้งานกับรถยนต์ไฟฟ้า เช่น Tesla BMW และอีกหลายยี่ห้อ แรงดันต่อเซลล์: แบตเตอรี่ลิเธียมนิเคิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์มีแรงดันประมาณ 3.7 โวลต์ต่อเซลล์. แรงดันต่อเซลล์ของแบตเตอรี่นี้สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์และลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์. รอบการใช้งาน: รอบการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมนิเคิลแมงกานีสโคบอลต์ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการใช้งานและการดูแลรักษา โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมนิเคิลแมงกานีสโคบอลต์มีรอบการใช้งานที่ยาวนานและคงความจุได้ดีในสภาวะการใช้งานที่หนัก อาจมีรอบการใช้งานประมาณ 1000-2000 รอบการชาร์จและดิสชาร์จขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการใช้งาน ค่า DOD (Depth of Discharge): แบตเตอรี่ลิเธียมนิเคิลแมงกานีสโคบอลต์สามารถใช้งานโดยให้ค่า DOD สูงได้โดยไม่เกิดผลกระทบต่ออายุการใช้งาน ซึ่งค่า DOD ที่ใช้งานอยู่ในช่วง 80-90% ถือว่าเป็นที่พอใช้งานได้.

• • ข้อดี: ความสมดุลระหว่างความจุพลังงานและอัตราการชาร์จและดิสชาร์จดี, ใช้งานกว้างขวางในหลากหลายอุปกรณ์ น้ำหนักเบาขนาดเล็กหากเทียบกับแบตแบบ LFP และหาซื้อได้ง่าย
  • ข้อเสีย: ราคาแพงกว่าแบบ LFP และอันตรายหากใช้งานไม่ถูกต้อง

แบตเตอรี่ลิเธียมนิเคิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์มีคุณสมบัติที่ดีในเรื่องของความปลอดภัยและมีความจุพลังงานสูง ทำให้เป็นทางเลือกที่นิยมในการใช้งานในอุปกรณ์ที่ต้องการความเร็วและความจุของแบตเตอรี่ในที่จำกัด เช่น รถยนต์ไฟฟ้า ระบบเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ และอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในชีวิตประจำวัน

5. แบตเตอรี่ลิเธี่ยมนิเคิลโคบอลต์อลูมิเนียมออกไซด์ Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2 หรือ NCA):

เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีโครงสร้างทางเคมีประกอบด้วยนิกเกิล (Nickel), โคบอลต์ (Cobalt) และอลูมิเนียม (Aluminum) ในสัดส่วนที่ต่างกัน มีการใช้งานในอุปกรณ์ไฟฟ้าและยานยนต์ไฟฟ้า โดยมีคุณสมบัติคล้ายกันมากกับ NMC จนถึงปัจจุบันมี Panasonic ผลิตและ Tesla มีการใช้แบตฯ NCA 

แรงดันต่อเซลล์ ของแบตเตอรี่ NCA อยู่ในช่วงประมาณ 3.7 โวลต์ต่อเซลล์ โดยแรงดันนี้อาจเปลี่ยนแปลงตามรุ่นและการออกแบบของแบตเตอรี่แต่ละเจ้า

• • ข้อดี: น้ำหนักเบาหากเทียบกับ LFP ในขนาดความจุเท่ากัน
  • ข้อเสีย: อันตรายหากใช้งานไม่ถูกต้อง ไม่เป็นที่นิยมเนื่องจากไม่มีขายในตลาดทั่วไป

6. แบตลิเธี่ยมไททาเนต Lithium Titanate (Li4Ti5O12 หรือ LTO)

แบตเตอรี่ลิเธียมไทเทเนต เป็นแบตเตอรี่ที่ใช้วัสดุคุณภาพสูงที่มีส่วนประกอบหลักคือไทเทเนต (Titanate) ในลักษณะของลิเทียมไทเทเนต (Lithium Titanate) ในโครงสร้างของเซลล์แบตเตอรี คุณสมบัติที่สำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไทเทเนตคือการชาร์จที่รวดเร็วมาก สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้ในเวลาเพียงไม่กี่นาทีเท่านั้น โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่ลิเธียมไทเทเนตจะมี

แรงดันต่อเซลล์ ประมาณ 2.4 โวลต์ต่อเซลล์ ซึ่งมีค่าน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมชนิดอื่นๆ เนื่องจากลักษณะการชาร์จและรบกวนที่รวดเร็ว และความปลอดภัยที่สูง แบตเตอรี่ลิเธียมไทเทเนตมักถูกนำมาใช้ในระบบจักรยานไฟฟ้า รถบัสไฟฟ้า และรถไฟฟ้า โดยเฉพาะในงานที่ต้องการการชาร์จและรบกวนที่รวดเร็ว 

รอบการใช้งาน ของแบตเตอรี่ลิเธียมไทเทเนตสามารถรองรับการชาร์จได้มากกว่า 10,000 รอบ และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานที่สุดเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ชนิดอื่น ๆ สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไทเทเนต ค่า DOD ที่เหมาะสมและมักใช้งานจริงอยู่ในช่วง 80-90%

• • ข้อดี: อัตราการชาร์จและดิสชาร์จดีมาก, ใช้งานกว้างขวางในหลากหลายอุปกรณ์ รอบการใช้งานมากที่สุดทำให้สามารถใช้งานได้ยาวนานที่สุด
  • ข้อเสีย: แรงดันต่ำและความจุไม่มากนัก การทำให้เหมาะสมกับอุปกรณ์อื่นๆ ต้องใช้จำนวนมากกว่าชนิดอื่น

หมายเหตุ: นอกเหนือจากประเภทย่อยที่กล่าวถึง ยังมีแบตเตอรี่ลิเธียมอื่นๆ เช่น Lithium-Sulfur (Li-S), และ Lithium-Air (Li-Air) ที่อยู่ในระหว่างการพัฒนา และมีศักยภาพในอนาคตที่จะให้ความจุพลังงานสูงขึ้นและความปลอดภัยที่ดีขึ้น

อย่างไรก็ตาม ก็ยังมีข้อจำกัดของ Lithium-ion battery บางประการ เช่น ต้องการการดูแลรักษาที่ถูกต้องเพื่อรักษาอายุการใช้งานที่ยาวนาน และต้องระวังเรื่องความปลอดภัย เนื่องจากมีความเสี่ยงในการเกิดเหตุอัคคีภัยหากใช้งานหรือจัดเก็บไม่ถูกต้อง

ในที่สุดนี้ Lithium-ion battery เป็นเทคโนโลยีที่สำคัญและเป็นที่ยอมรับในวงกว้าง และเชื่อว่ายังมีการพัฒนาและปรับปรุงเพื่อนำเสนอประสิทธิภาพและความปลอดภัยที่ดีขึ้นในอนาคต