ทำไมเครื่องยนต์เรือไฟฟ้าจึงใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรด?

แบตเตอรี่สำหรับเครื่องยนต์เรือไฟฟ้ามีอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและแบตเตอรี่ลิเทียม โดยแต่ละประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะในด้านความหนาแน่นพลังงานต่อน้ำหนัก ความหนาแน่นพลังงานต่อปริมาตร อายุการใช้งาน ราคา ความเหมาะสมในการใช้งาน นโยบายของประเทศ และอื่น ๆ

ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเทียมมีความหนาแน่นพลังงานโดยทั่วไปอยู่ที่ 200-260 wh / g ส่วนแบตเตอรี่ตะกั่วกรดอยู่ที่ 50-70 wh / g โดยแบตเตอรี่ลิเทียมมีความหนาแน่นพลังงานต่อน้ำหนักสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด 3-5 เท่า กล่าวคือ เมื่อมีความจุเท่ากัน แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะหนักกว่าแบตเตอรี่ลิเทียม 3-5 เท่า ดังนั้นแบตเตอรี่ลิเทียมจึงได้เปรียบอย่างมากในด้านการลดน้ำหนักของอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน ความหนาแน่นความจุต่อปริมาตรของแบตเตอรี่ลิเทียมมักสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดประมาณ 1.5 เท่า ดังนั้นเมื่อมีความจุเท่ากัน แบตเตอรี่ลิเทียมจะมีขนาดเล็กกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดประมาณ 30% ปัจจุบันวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือระบบแบตเตอรี่ลิเทียมแบบไตรภาคและลิเทียมเหล็กฟอสเฟต โดยแบตเตอรี่ลิเทียมกำลังแบบไตรภาคมีจำนวนรอบการชาร์จและคายประจุมากกว่า 500 รอบ ส่วนแบตเตอรี่ลิเทียมเหล็กฟอสเฟตมีจำนวนรอบมากกว่า 600 รอบ ขณะที่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีจำนวนรอบเพียง 300-350 รอบโดยทั่วไป ดังนั้นแบตเตอรี่ลิเทียมจึงมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดประมาณ 1-2 เท่า

อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบันยังคงมีการใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดในเครื่องจักรขนาดใหญ่บางประเภท เช่น รถยนต์และเรือยางสำหรับตกปลา จากผลสำรวจพบว่าลูกค้า 86% เลือกใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ลิเทียมมีน้ำหนักเบา ขนาดเล็ก และอายุการใช้งานยาวนาน แต่ทำไมผู้คนยังเลือกใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรด?

1. ใช้งานได้เหมาะสมในหลายสภาวะ

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดทำงานได้ดีในอุณหภูมิต่ำและรองรับกระแสไฟสูง เมื่อคายประจุด้วยอัตรา 10C ที่อุณหภูมิ -10 ° C จะสามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าให้สูงกว่า 10V ได้นานกว่า 90s ซึ่งเพียงพอต่อการรับมือกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในพื้นที่ส่วนใหญ่ ในทางกลับกัน แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนทำงานได้ไม่ดีนักในอุณหภูมิต่ำ ประสิทธิภาพการคายประจุจะลดลงอย่างมาก และยากต่อการนำไปใช้งานจริงในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติด้านกระแสไฟสูง โดยขณะมอเตอร์เริ่มทำงานจะมีกระแสไฟชั่วขณะค่อนข้างสูง และมอเตอร์กำลังสูงอาจต้องการกระแสไฟมากยิ่งขึ้น สำหรับวัสดุขั้วบวกและขั้วลบที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนในปัจจุบัน ได้แก่ กราไฟต์และลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ ซึ่งไม่มีชนิดใดเป็นวัสดุขั้วแอโนดกำลังสูง ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมากเมื่อใช้งานที่กำลังสูง ดังนั้นแบตเตอรี่ลิเทียมจึงไม่เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ส่วนแบตเตอรี่ตะกั่วกรดทำงานได้ดีกว่ามากในสภาวะเช่นนี้

2. ปลอดภัย

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีความปลอดภัยสูงมากเมื่อเทียบกับระบบแบตเตอรี่ในปัจจุบัน

1) คุณสมบัติด้านกระแสไฟสูงหมายความว่าแบตเตอรี่มีโอกาสเกิดอุบัติเหตุได้ยาก

2) แม้เกิดอุบัติเหตุ วัสดุขั้วบวกและขั้วลบก็เป็นสารประกอบตะกั่ว ส่วนสารละลายอิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายกรดซัลฟิวริก ซึ่งไม่ติดไฟ และอาจทำให้ชิ้นส่วนโดยรอบไหม้ได้เท่านั้น วัสดุขั้วลบของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคือกราไฟต์ ซึ่งเป็นวัสดุคาร์บอนชนิดหนึ่งที่ติดไฟได้ ส่วนอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวทำละลายเอสเทอร์และเกลือลิเทียม ตัวทำละลายเอสเทอร์ไม่เพียงติดไฟได้ แต่ยังระเหยง่ายมาก เมื่อเกิดความร้อนจำนวนมาก หรือมีโอกาสเกิดการเผาไหม้หรือระเบิดขณะชน การชนย่อมเกิดขึ้นได้ระหว่างเดินเรือ และผลจากการระเบิดอาจร้ายแรงเกินคาด

3) แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมักเกิดเดนไดรต์ลิเทียมที่ขั้วลบขณะคายประจุด้วยกระแสสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการลัดวงจรภายในและแบตเตอรี่ระเบิด เรื่องนี้เป็นข้อสรุปที่ยอมรับกันในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเทียม นอกจากนี้ยังมีปัญหาอื่น ๆ อีกมาก ปัญหาสำคัญประการหนึ่งคือความเสถียรของวัสดุขั้วไฟฟ้า ซึ่งได้รับผลกระทบจากการที่แบตเตอรี่มีสถานะประจุไฟฟ้า (SOC) สูงเป็นเวลานาน

3. ต้นทุนต่ำ

แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีต้นทุนต่ำที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัย ข้อกำหนดด้านวัสดุขั้วไฟฟ้า อิเล็กโทรไลต์ หรือสภาพแวดล้อมในการประกอบ ล้วนต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมาก เมื่อมีความจุเท่ากัน แบตเตอรี่ลิเทียมมีราคาสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดประมาณ 3-5 เท่า เงินที่ใช้ซื้อแบตเตอรี่ลิเทียมหนึ่งก้อนสามารถซื้อแบตเตอรี่ตะกั่วกรดได้ 3-5 ก้อน แม้แบตเตอรี่ลิเทียมจะใช้งานได้นาน แต่ก็ยังไม่ตอบโจทย์ความต้องการของลูกค้า

4. รีไซเคิลได้ดี

มีผู้กล่าวว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรดก่อมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ส่วนแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่แท้จริงแล้วนี่เป็นความเข้าใจผิดครั้งใหญ่ ปัจจุบันจุดแข็งที่สุดของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดคือระบบการรีไซเคิล ปัจจุบันมีการใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดกับเครื่องยนต์และแหล่งจ่ายไฟสำหรับสตาร์ต ซึ่งเป็นการใช้งานที่เจาะจงกลุ่มเป้าหมายสูง กล่าวคือ เมื่อถึงเวลาเปลี่ยนแบตเตอรี่ ผู้ใช้จะนำแบตเตอรี่ไปเปลี่ยนที่ร้านเฉพาะ ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น? เพราะสามารถนำแบตเตอรี่เก่ามาแลกเป็นเงินและซื้อก้อนใหม่ได้! แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมีโลหะหนักอยู่น้อย โดยมีเพียงวัสดุขั้วบวกที่มีโลหะโคบอลต์ แต่มีการใช้งานในปริมาณมากทั่วโลก ในระยะยาวจึงยังเป็นปัญหาอยู่ ทว่าปัจจุบันยังไม่มีกลไกที่ให้ความสำคัญกับประเด็นนี้ และไม่มีกลไกสำหรับรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเทียม

โดยสรุป แม้แบตเตอรี่ลิเทียมจะมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และอายุการใช้งานยาวนาน แต่ปัจจุบันยังคงนิยมใช้กับโทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และแบตเตอรี่คอมพิวเตอร์ ส่วนอุปกรณ์ขนาดใหญ่ในตลาดปัจจุบันยังใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรด ในด้านความเหมาะสมในการใช้งาน ความปลอดภัย และต้นทุน แบตเตอรี่ตะกั่วกรดยังคงเหนือกว่าแบตเตอรี่ลิเทียมในฐานะแหล่งพลังงานสำหรับเครื่องยนต์เรือไฟฟ้า.