ประเภทของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ถือเป็นนวัตกรรมที่สร้างการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในวงการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่นทั้งในด้านความจุพลังงานสูง น้ำหนักเบา และความสามารถในการชาร์จซ้ำได้หลายรอบ ทำให้เทคโนโลยีนี้ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายและกลายเป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์พกพาในปัจจุบัน การพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังนำไปสู่การคิดค้นรูปแบบใหม่ๆ ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและตอบสนองความต้องการที่หลากหลายมากขึ้น บทความนี้จะพาคุณไปทำความรู้จักกับประเภทต่างๆ ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน รวมถึงแบตเตอรี่ทางเลือกอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน

ประเภทของ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

1. แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO₂ หรือ LCO)

• คุณสมบัติ: แบตเตอรี่ชนิดนี้มีความหนาแน่นพลังงานสูงที่สุดในบรรดา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ทั้งหมด สามารถให้พลังงานได้มากถึง 150-200 Wh/kg ด้วยโครงสร้างที่ใช้โคบอลต์เป็นส่วนประกอบหลัก ทำให้มีประสิทธิภาพในการจ่ายกระแสไฟฟ้าสูง แต่ข้อเสียคือมีอายุการใช้งานค่อนข้างสั้นประมาณ 500-1000 รอบการชาร์จ และมีความไวต่อความร้อนสูง ต้องมีระบบควบคุมอุณหภูมิที่ดี
• การใช้งาน: เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาที่ต้องการความบางเบาเป็นพิเศษ เช่น โทรศัพท์มือถือรุ่นพรีเมียม แท็บเล็ต และกล้องดิจิทัล เนื่องจากสามารถออกแบบให้มีขนาดบางและน้ำหนักเบาได้ นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการกระแสไฟฟ้าสูงในระยะเวลาสั้นๆ เช่น กล้องถ่ายรูปมืออาชีพที่ต้องใช้แฟลช
• ข้อดี: นอกจากความหนาแน่นพลังงานที่สูงแล้ว ยังมีอัตราการคายประจุต่ำเมื่อไม่ได้ใช้งาน (self-discharge rate) เพียง 2-3% ต่อเดือน ทำให้เก็บพลังงานได้นานเมื่อไม่ได้ใช้งาน สามารถผลิตได้ในรูปทรงที่บางและมีน้ำหนักเบา เหมาะกับการออกแบบอุปกรณ์พกพาสมัยใหม่
• ข้อจำกัด: ด้วยการใช้โคบอลต์เป็นส่วนประกอบหลัก ทำให้มีต้นทุนการผลิตสูงและราคาแพง อีกทั้งยังมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัยหากได้รับความร้อนสูงเกินไปหรือชาร์จเกินพิกัด จำเป็นต้องมีวงจรป้องกันที่ซับซ้อน และอาจเกิดการเสื่อมสภาพเร็วในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

2. แบตเตอรี่ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LiMn₂O₄ หรือ LMO)

• คุณสมบัติ: แบตเตอรี่ชนิดนี้ใช้แมงกานีสเป็นวัสดุหลักในการผลิต ทำให้มีความปลอดภัยสูงกว่า LCO เนื่องจากแมงกานีสมีความเสถียรทางเคมีมากกว่า สามารถทนความร้อนได้ดีกว่า และมีความเสี่ยงในการเกิดความร้อนสูงเกิน (thermal runaway) น้อยกว่า แต่มีความจุพลังงานอยู่ที่ประมาณ 100-150 Wh/kg ซึ่งต่ำกว่า LCO
• การใช้งาน: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการความปลอดภัยสูง เช่น เครื่องมือแพทย์พกพา อุปกรณ์ช่วยชีวิต และเครื่องมือไฟฟ้าที่ต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยง นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องการกระแสไฟฟ้าสูง เช่น สว่านไฟฟ้าหรือเครื่องเจียร เนื่องจากสามารถจ่ายกระแสได้สูงโดยไม่เกิดความร้อนมากเกินไป
• ข้อดี: ต้นทุนการผลิตต่ำกว่า LCO มาก เนื่องจากแมงกานีสเป็นวัสดุที่หาได้ง่ายและราคาถูกกว่าโคบอลต์ มีความปลอดภัยสูง สามารถชาร์จได้เร็วกว่า และทนต่อการใช้งานในสภาพอุณหภูมิสูงได้ดีกว่า อีกทั้งยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าเมื่อนำไปกำจัดทิ้ง
• ข้อจำกัด: แม้จะมีข้อดีหลายประการ แต่แบตเตอรี่ชนิดนี้มีอายุการใช้งานค่อนข้างสั้น โดยทั่วไปจะใช้งานได้ประมาณ 300-700 รอบการชาร์จเท่านั้น และมีอัตราการเสื่อมสภาพที่เร็วกว่าเมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ยังมีความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่า LCO ทำให้ต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่กว่าเพื่อให้ได้พลังงานเท่ากัน

3. แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO₄ หรือ LFP)

• คุณสมบัติ: แบตเตอรี่ LFP ใช้เหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุหลักในการผลิต ทำให้มีเสถียรภาพทางเคมีสูงมาก และทนทานต่อการใช้งานในสภาวะต่างๆ ได้ดีเยี่ยม สามารถทนอุณหภูมิสูงได้ถึง 350-400 องศาเซลเซียสโดยไม่เกิดการระเบิด มีอายุการใช้งานยาวนานถึง 2,000-7,000 รอบการชาร์จ ซึ่งมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ
• การใช้งาน: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความปลอดภัยสูงและการใช้งานระยะยาว เช่น รถยนต์ไฟฟ้า ระบบกักเก็บพลังงานในบ้านและอาคาร อุปกรณ์ทางการแพทย์ และระบบสำรองไฟฟ้าขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในอุปกรณ์ที่ต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูง เนื่องจากความปลอดภัยที่เหนือกว่าแบตเตอรี่ประเภทอื่น
• ข้อดี: นอกจากความปลอดภัยที่สูงมากและอายุการใช้งานที่ยาวนานแล้ว แบตเตอรี่ LFP ยังมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ LCO และ NMC เนื่องจากใช้เหล็กซึ่งเป็นวัสดุที่หาได้ง่ายและมีราคาถูก สามารถชาร์จได้เร็วกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทอื่น โดยสามารถชาร์จได้เต็มภายในเวลา 1-2 ชั่วโมง และมีความเสถียรในการจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ดีมาก
• ข้อจำกัด: ความหนาแน่นพลังงานของ LFP อยู่ที่ประมาณ 90-120 Wh/kg ซึ่งต่ำกว่า LCO และ NMC ค่อนข้างมาก ทำให้ต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่กว่าเพื่อให้ได้พลังงานเท่ากัน นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดในการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ โดยประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมากเมื่อใช้งานในสภาพอากาศหนาวจัด และมีต้นทุนในการพัฒนาระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่ซับซ้อนกว่า

4. แบตเตอรี่ลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (LiNiMnCoO₂ หรือ NMC)

• คุณสมบัติ: แบตเตอรี่ NMC เป็นการผสมผสานข้อดีของวัสดุหลายชนิดเข้าด้วยกัน โดยใช้นิกเกิลเพื่อเพิ่มความจุพลังงาน แมงกานีสเพื่อเพิ่มความเสถียร และโคบอลต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ทำให้ได้แบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงถึง 150-220 Wh/kg มีอายุการใช้งาน 1,000-2,000 รอบการชาร์จ และมีความปลอดภัยที่ดีกว่า LCO
• การใช้งาน: ด้วยคุณสมบัติที่สมดุล ทำให้ NMC เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับยานยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ๆ จักรยานไฟฟ้า และอุปกรณ์พกพาที่ต้องการทั้งความจุสูงและความปลอดภัย นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในเครื่องมือไฟฟ้าระดับมืออาชีพ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง เนื่องจากมีความเสถียรในการจ่ายพลังงานที่ดีและอายุการใช้งานที่ยาวนาน
• ข้อดี: แบตเตอรี่ NMC สามารถปรับสัดส่วนของวัสดุแต่ละชนิดได้ตามความต้องการใช้งาน ทำให้สามารถออกแบบให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลาย มีความยืดหยุ่นในการผลิตสูง สามารถรองรับกระแสชาร์จและคายประจุได้สูง และมีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีในช่วงอุณหภูมิกว้าง นอกจากนี้ยังมีอัตราการสูญเสียความจุต่ำเมื่อไม่ได้ใช้งาน
• ข้อจำกัด: ต้นทุนการผลิตค่อนข้างสูงเนื่องจากใช้วัสดุราคาแพงหลายชนิด โดยเฉพาะโคบอลต์และนิกเกิล ทำให้ราคาต่อหน่วยสูงกว่า LFP มีความซับซ้อนในการผลิตมากกว่าเนื่องจากต้องควบคุมสัดส่วนของวัสดุให้เหมาะสม และยังต้องการระบบจัดการแบตเตอรี่ที่ซับซ้อนเพื่อรักษาสมดุลระหว่างเซลล์ต่างๆ

การใช้งานแบตเตอรี่ในแต่ละประเภทอุปกรณ์

1. แบตเตอรี่ NMC (LiNiMnCoO₂) – ได้รับความนิยมสูงสุดในปัจจุบัน

• คุณสมบัติ: ความหนาแน่นพลังงานสูง 150-220 Wh/kg อายุใช้งาน 1,000-2,000 รอบชาร์จ จ่ายกระแสไฟสูงได้ดี
• ราคา: 300-500 บาทต่อแอมป์-ชั่วโมง ราคาสูงเพราะใช้วัตถุดิบราคาแพงทั้งนิกเกิลและโคบอลต์

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้:

• เครื่องมือช่างระดับมืออาชีพ: สว่านไร้สาย Makita 18V, เลื่อยวงเดือนไร้สาย Milwaukee M18
• เครื่องมือสวน: เลื่อยโซ่ไร้สาย DeWalt 60V, เครื่องตัดหญ้าไร้สาย Makita 36V
• ยานพาหนะ: รถยนต์ Tesla บางรุ่น, จักรยานไฟฟ้าระดับพรีเมียม

2. แบตเตอรี่ LFP (LiFePO₄) – นิยมรองลงมา

• คุณสมบัติ: ปลอดภัยสูง ทนความร้อนถึง 350-400°C อายุยาวนาน 2,000-7,000 รอบชาร์จ
• ราคา: 250-400 บาทต่อแอมป์-ชั่วโมง ถูกกว่า NMC เพราะใช้เหล็กเป็นวัตถุดิบหลัก

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้:

• เครื่องมือช่างระดับทั่วไป: สว่านไร้สาย Bosch blue 18V รุ่นประหยัด
• อุปกรณ์ในบ้าน: เครื่องดูดฝุ่นไร้สาย แบตเตอรี่สำรองไฟบ้าน
• ยานพาหนะ: รถยนต์ BYD, รถตุ๊กตุ๊กไฟฟ้า

3. แบตเตอรี่ LCO (LiCoO₂)

• คุณสมบัติ: ความหนาแน่นพลังงานสูงสุด 150-200 Wh/kg อายุ 500-1,000 รอบชาร์จ
• ราคา: 500+ บาทต่อแอมป์-ชั่วโมง แพงที่สุดเพราะใช้โคบอลต์เป็นหลัก

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้:

• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์: iPhone, iPad, MacBook
• กล้องถ่ายรูป: Sony, Canon, Nikon (ไม่นิยมใช้ในเครื่องมือช่างเพราะความปลอดภัยต่ำ)

4. แบตเตอรี่ LMO (LiMn₂O₄)

• คุณสมบัติ: ความจุ 100-150 Wh/kg อายุสั้น 300-700 รอบชาร์จ แต่ปลอดภัยและราคาถูก
• ราคา: 200-300 บาทต่อแอมป์-ชั่วโมง ถูกที่สุดในกลุ่ม

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้:

• เครื่องมือช่างราคาประหยัด: สว่านไร้สาย Black&Decker รุ่นเริ่มต้น
• อุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไป: พัดลมไร้สาย ไฟฉายแบบชาร์จได้

สรุปการเลือกใช้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน สำหรับเครื่องมือช่างโดยเฉพาะ

1. เครื่องมือหนัก (Heavy-duty tools)

• • สว่านโรตารี่ไร้สาย: นิยมใช้ NMC เพราะต้องการกำลังสูง
  • เลื่อยโซ่ไร้สาย: ส่วนใหญ่ใช้ NMC เพราะต้องการแรงบิดสูง
  • เครื่องเจียรไร้สาย: NMC เพราะทนความร้อนและจ่ายกระแสได้สูง

2. เครื่องมือทั่วไป (General-purpose tools)

• • สว่านไขควงไร้สาย: LFP หรือ NMC ขึ้นกับระดับการใช้งาน
  • เลื่อยวงเดือนขนาดเล็ก: LFP สำหรับงานทั่วไป
  • ไขควงไฟฟ้า: LMO สำหรับงานเบา

3. เครื่องมือสวน

• • เครื่องตัดหญ้า: NMC สำหรับรุ่นมืออาชีพ, LFP สำหรับใช้ในบ้าน
  • เครื่องเป่าใบไม้: LFP เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไป