มารู้จักกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยม lithium ion

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมคืออะไร? (What is Lithium Battery?)

แบตเตอรี่ลิเธี่ยม (Lithium Battery) หรือ เรียกแบบเต็มว่า แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไออน (Lithium Ion Battery) นั้นเรียกชื่อตามการกักเก็บพลังงานในลิเธี่ยมไออน (Li ion) โดยการสร้างศักย์ไฟฟ้าให้เกิดขึ้นระหว่างขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่และคั่นด้วยฉนวนที่เรียกว่า ตัวคั่น(Saparator)
ตัวคั่นหรือ Saparator สามารถเป็นได้ทั้งฉนวนและนำไอออน เมื่อตอนขณะชาร์จไฟ ลิเธี่ยมไออนจะเคลื่อนที่จากขั้วบวกไปยังขั้วลบผ่านตัวคั่น และเมื่อตอนคายประจุ ลิเธี่ยมไออนจะเคลื่อนที่ในทิศตรงกันข้าม การเคลื่อนที่ของประจุลิเธี่ยมไออนนี้เองทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าโวลท์ (Voltage)เกิดขึ้น แต่เมื่อไม่มีการใช้งานแบตเตอรี่ตัวคั่นจะทำหน้าที่เป็นฉนวนกั้นไม่ให้ไอออนเคลื่อนที่ข้ามไปมา และเมื่อมีการเอาแบตเตอรี่ไปต่อเข้ากับอุปกรณ์เพื่อใช้งาน ประจุลิเธี่ยมไออนหรืออิเลคตรอนที่ถูกกั้นอยู่ด้วยตัวคั่นหรือSaparator อยู่นั้นจะถูกดันให้วิ่งผ่านตัวกั้นได้

ชนิดของแบตเตอรี่ลิเธี่ยม (Types of Lithium Battery)

ประเภทหรือชนิดของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมนั้น ส่วนใหญ่เรียกชนิดตามองค์ประกอบของคาร์โธด แต่ก็มีที่เรียกตามองค์ประกอบของอาร์โนดด้วยเช่นกัน ดูจากภายนอกเราไม่สามารถจำแนกได้ ดังนั้นเราจึงควรตรวจสอบให้แน่ชัดและศึกษารายละเอียดให้แน่ใจก่อนเลือกซื้อและนำไปใช้งาน ทั้งนี้เพื่อความปลอดภัย ประสิทธิภาพสูงสุดและมีคุณสมบัติตรงตามแต่ละประเภทการใช้งานของอุปกรณ์หรือเครื่องมือนั้นๆ
ชนิดของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมมี 6 ชนิดหลักๆ ได้แก่

1.แบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟต (Lithium Ion Phosphate : LFP)

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟต หรือ LiFePO4 หรือ LFP หรือเราอาจจะรู้จักกันในชื่อ LiPO หรือที่บ้านเรานิยมเรียกกันว่า แบตฯลิโป เป็นแบตเตอรี่ลิเธี่ยมที่มีใช้ทั่วไปและใช้อยู่มากที่สุด ใช้ฟอสเฟตเป็นคาร์โธด ใช้กราไฟต์เป็นอาร์โนด
แบต LiPO มีรอบอายุการใช้งานที่นาน ไม่ค่อยมีปัญหาด้านความร้อน มีประสิทธิภาพด้านเคมีไฟฟ้าที่ดี
แบตฯ LFP หรือ LiPO 1 cell มีความต่างศักย์หรือแรงดันไฟฟ้าประมาณ 3.2V ถ้าต้องการนำไปใช้งานเป็นระบบ 12V ต้องเอามาต่ออนุกรมกัน 4cell จะได้ 12.8V จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมแบตLiPO จึงนำมาใช้อย่างแพร่หลายที่สุด รวมถึงไฟถนนโซล่าเซลล์ เพราะสามารถใช้ 4cell แล้วนำมาใช้แทนแบตแบบตะกั่วหรือแบบ deep cycle ได้

ข้อเด่นของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟต

อายุการใช้งานนาน ปกติแล้วแบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟตมีอายุการใช้งาน 2000 cycles หรือมากกว่า
deep of discharge สูง ปกติแล้วแบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟตมี deep of discharge สูงประมาณ 80% สูงถึง 100% สำหรับผู้ผลิตบางรายโดยไม่ได้ทำให้แบตเตอรี่เสียหาย
ปลอดภัยและทนต่ออุณหภูมิได้สูง

ข้อด้อยของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟต

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟตมีค่าพลังงานจำเพาะไม่สูง
ประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อใช้งานในที่ที่มีอุณภูมิต่ำ
ไม่ค่อยเหมาะใช้งานที่มีการใช้งานแบบกระแสกระชากสูงๆ ( high cranking applications ) เป็นเพราะด้วยคุณสมบัติ ข้อด้อย2ข้างข้างบนจึงทำให้แบตเตอรี่ลิเธี่ยมฟอสเฟตไม่ค่อยเหมาะใช้งานที่มีการใช้งานแบบกระแสกระชากสูงๆ เช่น การสตาร์ทเครื่องยนต์

2.แบตเตอรี่ลิเธี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ (Lithium Cobalt Oxide : LCO)

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ หรือ LCO หรือที่บ้านเรานิยมเรียกว่า แบตลิเธี่ยมไออน (ซึ่งไม่ถูกต้องมากนัก เพราะว่าแบตลิเธี่ยมไออนเป็นคำที่กว้าง ที่กำลังกล่าวถึงทั้งหมดล้วนเป็นลิเธี่ยมไออน) มีค่าพลังงานจำเพาะ(specific power)สูงแต่มีกำลังงานจำเพาะ(specific power)ต่ำ กล่าวคือสามารถจ่ายไฟได้นานแต่จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่กินไฟสูงได้ไม่ดี จึงเหมาะและมีใช้ในงานอุปกรณ์อิเลคทรอนิกส์ เช่น โทรศัพท์มือถือ แทบเลต โน้ตบุ๊ค กล้องถ่ายรูป ที่ต้องการกำลังน้อยๆแต่อยู่ได้นานๆ โดยที่ แบตเตอรี่ลิเธี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ 1cell มีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 3.7V

perspective performance lithuim battery LCO

ข้อเด่นของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ LCO

ข้อดีของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ คือมีค่าพลังงานจำเพาะสูง สามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่กินไฟต่ำได้นาน

ข้อด้อยของแบตเตอรี่ลิเธี่ยมโคบอลต์ออกไซด์ LCO

มีอายุการใช้งานสั้น ประมาณ 500-1000cycles
วัตถุดิบ โคบอลต์ มีราคาค่อนข้างสูง
ทนความร้อนได้ต่ำจึงมีปัญหาเรื่องความความปลอดภัยอยู่พอสมควร
ไม่เหมาะใช้งานกับอุปกรณ์ที่กินไฟสูง

3.แบตเตอรี่ลิเธี่ยมแมงกานิสออกไซด์ (Lithium Manganese Oxide : LMO)

แบตเตอรี่ลิเธี่ยมแมงกานิสออกไซด์ หรือ LMO ใช้ส่วนผสมของธาตุลิเธี่ยมแมงกานีสออกไซด์เป็นคาร์โธด ซึ่งองค์ประกอบของธาตุสามชนิดนี้ เมื่อรวมกันจะสร้างให้เกิดโครงสร้างแบบ 3 มิติ ทำให้การไหลของอิออนดีขึ้น มีความต้านทานภายในต่ำลง เพิ่มกระแสได้มากขึ้นและมีค่าการทนต่อความร้อนได้มากขึ้นด้วย การค้นพบแบตฯ LMO (ประมาณ ค.ศ.1981) ถือเป็นความสำเร็จก้าวสำคัญในวงการแบตเตอรี่ ด้วยความที่มีความต้านทานภายในเซลล์ต่ำจึงสามารถชาร์จแบบเร็ว(fast charge) และจ่ายกระแสสูง (high dis-charge current) ได้ แบตฯ LMO สามารถที่จ่ายกระแสได้ถึง 20-30A โดยที่ค่าความร้อนไม่ขึ้นสูงมากได้ แต่แบตฯ LMO ก็มีค่าการเก็บพลังงานได้น้อย และอายุการใช้งานที่ไม่ได้ยาวมากนัก
แบตเตอรี่ชนิด LMO มีใช้งาน ในอุปกรณ์ประเภทเครื่องมือไร้สาย (power tools) อุปกรณ์ทางการแพทย์ รถไฟฟ้าและรถไฮบริด บางรุ่น