แบตเตอรี่กรดตะกั่วเคยถูกใช้อย่างแพร่หลายในระบบเก็บพลังงาน แต่ปัจจุบันมันมีข้อจำกัดหลายประการ โดยเฉพาะน้ำหนักที่มากและขนาดที่ใหญ่เกินไปสำหรับอุปกรณ์พกพา ทำให้ไม่มีใครต้องการใช้ในอุปกรณ์ที่ผู้คนต้องพกพาอีกต่อไป อายุการใช้งานก็เป็นอีกประเด็นหนึ่งที่มีปัญหา แบตเตอรี่ประเภทนี้มีอายุการชาร์จประมาณ 500 ถึง 800 รอบก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถใช้งานได้มากกว่า 3,000 รอบโดยง่าย ส่วนในเรื่องของพลังงานที่บรรจุได้ต่อกิโลกรัม แบตเตอรี่กรดตะกั่วให้ค่าเพียงประมาณ 30 Wh/kg เทียบกับลิเธียมที่ให้ค่าสูงถึง 200 Wh/kg ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากเมื่อพูดถึงประสิทธิภาพการใช้งานจริง และยังไม่นับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอีก ตะกั่วเป็นสารพิษ และการรีไซเคิลแบตเตอรี่เหล่านี้สร้างความยุ่งยากให้กับทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ ด้วยเหตุนี้จึงกล่าวได้ว่าผลกระทบต่อระบบนิเวศนั้นใหญ่หลวงเกินกว่าจะมองข้าม
ลิเธียมได้กลายเป็นผู้นำในโลกของการจัดเก็บพลังงานอย่างชัดเจน ด้วยความหนาแน่นพลังงานที่ยอดเยี่ยมของมัน เราสามารถเห็นสิ่งนี้ได้ทุกหนทุกแห่ง ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือที่พกใส่กระเป๋าได้ ซึ่งใช้งานได้หลายวันต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง ไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ออกจากสายการผลิต เทคโนโลยีของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนยังคงพัฒนาให้ดีขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยเช่นกัน เวลาในการชาร์จลดลงอย่างมาก ในขณะที่แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถทนต่อการชาร์จ-ปล่อยไฟฟ้าได้มากขึ้นอีกหลายร้อยรอบก่อนที่จะเสื่อมสภาพ นั่นหมายความว่าอุปกรณ์ต่าง ๆ มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น และมีต้นทุนที่ถูกลงในระยะยาว สิ่งที่ทำให้ลิเธียมยอดเยี่ยมคืออะไร? มันมีน้ำหนักที่เบาเป็นพิเศษ ซึ่งมีความสำคัญมากเมื่อออกแบบสิ่งของต่าง ๆ เช่น เครื่องปั่นไฟพลังงานแสงอาทิตย์แบบพกพาที่คนรักการตั้งแคมป์ชื่นชอบ แต่กระนั้นก็ยังมีอีกด้านหนึ่งของเรื่องนี้ กลุ่มอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมกำลังยกธงแดงเกี่ยวกับแหล่งที่มาของลิเธียมทั้งหมดนี้ อย่างไรก็ตาม การศึกษาวิจัยบางส่วนล่าสุดได้ชี้ให้เห็นถึงวิธีการที่สะอาดขึ้นในการหาแหล่งลิเธียม ทำให้เกิดการอภิปรายถึงความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของระบบจัดเก็บพลังงานของเรา อุตสาหกรรมต่างตระหนักดีว่าพวกเขาจำเป็นต้องแก้ไขปัญหานี้ หากต้องการให้ผู้บริโภคยังคงเชื่อมั่นและซื้อผลิตภัณฑ์ของพวกเขาต่อไป
ทศวรรษ 1970 มีการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมที่สำคัญหลายอย่าง โดยมีบุคคลสำคัญอย่างจอห์น บี. กู๊ดเยียร์ (John B. Goodenough) และราชิด ยาซามี (Rachid Yazami) ที่เริ่มทำการทดลองเกี่ยวกับการใช้งานลิเธียมในอิเล็กโทรด สิ่งที่นักวิจัยเหล่านี้ค้นพบในยุคดังกล่าวกลายเป็นพื้นฐานสำคัญของแบบแบตเตอรี่ที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน สตานลีย์ วิตติงแฮม (Stanley Whittingham) ได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับสารประกอบการแทรกตัวของลิเธียม (lithium intercalation compounds) ซึ่งได้รับความสนใจอย่างมากในหมู่ชุมชน EV ในขณะนั้น แน่นอนว่าแบตเตอรี่ที่ผลิตขึ้นในช่วงเวลาดังกล่าวไม่ได้มีประสิทธิภาพสูงเท่ากับที่มีอยู่ในปัจจุบัน แต่ก็ถือเป็นจุดเปลี่ยนที่สำคัญอย่างแท้จริง แบตเตอรี่ในยุคปัจจุบันย่อมยืนอยู่บนรากฐานของบรรพบุรุษจากยุคสมัยนั้น แนวคิดที่ถูกพัฒนาขึ้นมาตั้งแต่อดีตนั้นมีการเปลี่ยนแปลงไปมากตามกาลเวลา และเราสามารถมองเห็นความแตกต่างได้อย่างชัดเจนในแบตเตอรี่ยุคปัจจุบัน ทั้งในแง่ของความหนาแน่นพลังงานและอายุการใช้งานที่ดีขึ้นกว่าเดิมอย่างมากเมื่อเทียบกับรุ่นก่อนๆ
ทศวรรษ 1980 เป็นจุดเปลี่ยนสำคัญของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียม เมื่อจอห์น บี. กูเดนาฟ ค้นพบว่าออกไซด์ของโคบอลต์เป็นวัสดุที่ใช้ทำคาโทดได้ดีมาก การค้นพบของเขาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ชนิดนี้อย่างมาก ทำให้มันใช้งานได้จริงในอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น โทรศัพท์มือถือและโน๊ตบุ๊ก ก่อนหน้านี้ ผู้คนส่วนใหญ่แทบไม่รู้จักว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนคืออะไร สิ่งที่กูเดนาฟทำไว้ได้กำหนดมาตรฐานใหม่สำหรับสมรรถนะของแบตเตอรี่ ทำให้ผู้ผลิตสามารถสร้างอุปกรณ์ขนาดเล็กลงโดยไม่ต้องแลกกับพลังงานที่ลดลง แม้ในปัจจุบัน การนำโคบอลต์มาใช้ร่วมกับลิเธียมยังคงเป็นหัวใจสำคัญในการผลิตแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้น เราสามารถเห็นได้จากสมาร์ทโฟนของเราไปจนถึงพาวเวอร์แบงค์ขนาดใหญ่ที่ช่วยให้อุปกรณ์ของเราทำงานต่อเนื่องระหว่างการผจญภัยกลางแจ้งหรือช่วงที่ไฟฟ้าดับ
เมื่อโซนี่นำแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนออกสู่ตลาดในปี ค.ศ. 1991 ได้เปลี่ยนแปลงแนวคิดของผู้บริโภคเกี่ยวกับพลังงานแบบพกพาไปอย่างสิ้นเชิง แบตเตอรี่เหล่านี้ถูกออกแบบมาในเบื้องต้นสำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก ซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในอุปกรณ์เทคโนโลยีส่วนบุคคลทุกประเภท ไม่ว่าจะเป็นโทรศัพท์มือถือ โน๊ตบุ๊ก เรียกได้ว่าทุกสิ่งที่ต้องการอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานโดยไม่ต้องทำให้อุปกรณ์มีขนาดใหญ่เกะกะ สิ่งที่ทำให้การพัฒนานี้น่าสนใจคือมันเปลี่ยนแปลงทั้งชีวิตประจำวันของเราและอุตสาหกรรมต่างๆ พร้อมกันทั้งสองด้าน การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยเชื่อมโยงช่องว่างระหว่างการทดลองทางวิทยาศาสตร์กับผลิตภัณฑ์จริงที่ผู้คนสามารถซื้อไปใช้งานได้ตามร้านค้า เมื่อเรามองสิ่งต่างๆ ในปัจจุบัน เราจะเห็นตลาดขนาดใหญ่ที่ถูกสร้างขึ้นรอบเทคโนโลยีเหล่านี้ โดยบริษัทต่างๆ ลงทุนเงินหลายพันล้านดอลลาร์เพื่อพัฒนาแบตเตอรี่เวอร์ชันที่ดีกว่า และนอกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กแล้ว นวัตกรรมนี้ยังวางรากฐานไว้สำหรับการใช้งานใหม่ๆ เช่น การจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งยังคงมีความสำคัญเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ขณะที่เราก้าวสู่ทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
สรุปแล้ว การเดินทางจากแนวคิดลิเธียมเบื้องต้นไปจนถึงความเป็นจริงเชิงพาณิชย์ได้สร้างเส้นทางที่สดใสสำหรับอนาคตของเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน โดยการเรียนรู้จากหลักสำคัญเหล่านี้ เราจึงยังคงได้เห็นความก้าวหน้าอย่างสำคัญในการสร้างแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยกว่า มีประสิทธิภาพมากขึ้น และยั่งยืนยิ่งขึ้น
การพัฒนาล่าสุดในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมตอนนี้รวมถึงอิเล็กโทรดแบบโครงสร้างนาโน ซึ่งกำลังเปลี่ยนเกมในเรื่องความจุของแบตเตอรี่อย่างแท้จริง โครงสร้างขนาดเล็กเหล่านี้สร้างพื้นที่ผิวที่มากขึ้นสำหรับเกิดปฏิกิริยาเคมี ทำให้แบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้นโดยรวม สิ่งที่เราได้เห็นตามมาก็คือ แบตเตอรี่รุ่นใหม่ที่มีพลังงานมากขึ้นประมาณ 30% เมื่อเทียบกับก่อนหน้านี้ และยังชาร์จได้รวดเร็วขึ้นอีกด้วย ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับผู้ใช้งานที่ต้องการใช้สถานีพลังงานแบบพกพาในระหว่างการเดินทางท่องเที่ยวกลางแจ้งหรือในกรณีฉุกเฉิน อีกทั้งข้อดีที่สำคัญคือ เทคโนโลยีนาโนทำให้แบตเตอรี่เหล่านี้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ผู้ผลิตเคยกังวลเรื่องแบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วหลังจากการชาร์จซ้ำๆ แต่ปัญหานี้ดูเหมือนจะได้รับการแก้ไขแล้ว ด้วยการปรับปรุงการออกแบบอิเล็กโทรดในระดับจุลภาค
การจัดการความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมอย่างปลอดภัยและปราศจากปัญหา ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีด้านความร้อนส่วนใหญ่เน้นลดความเสี่ยงที่เกิดจากการให้ความร้อนมากเกินไปและไฟไหม้ที่อาจเกิดขึ้นเมื่อความร้อนสูงเกินไป วิธีการระบายความร้อนใหม่ๆ นั้นมีประสิทธิภาพในการใช้งานทั้งในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) และหน่วยเก็บพลังงานขนาดใหญ่ โดยป้องกันปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Thermal Runaway ซึ่งเป็นกระบวนการที่แบตเตอรี่เริ่มให้ความร้อนอย่างไม่สามารถควบคุมได้ เมื่อบริษัทติดตั้งระบบจัดการความร้อนเหล่านี้ ผู้ใช้งานแบตเตอรี่จะมีความเชื่อมั่นมากขึ้น ซึ่งช่วยส่งเสริมการนำไปใช้ในหลายภาคส่วน ส่งผลให้ปัจจุบันเราเห็นแบตเตอรี่ลิเธียมมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในทุกอย่างตั้งแต่ระบบจัดเก็บพลังงานในสายส่งไปจนถึงระบบที่ช่วยสำรองพลังงานแสงอาทิตย์ แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมต่อทิศทางเทคโนโลยีในอนาคต
แบตเตอรี่ลิเธียมได้กลายเป็นองค์ประกอบที่สำคัญมากในระบบกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบัน ช่วยให้สามารถใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ระบบเก็บพลังงานแสงอาทิตย์โดยพื้นฐานแล้วทำงานโดยการกักเก็บพลังงานจากแสงอาทิตย์ไว้ เพื่อให้เจ้าของบ้านสามารถใช้ไฟฟ้าได้แม้ในช่วงที่แสงอาทิตย์ไม่ออกมามากนัก สิ่งที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมโดดเด่นคือ ความทนทานต่อการชาร์จซ้ำได้หลายรอบ และการทำงานที่มีประสิทธิภาพ นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงพบเห็นได้ตั้งแต่แผงโซลาร์เซลล์ในสนามหลังบ้านไปจนถึงการติดตั้งขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรม เมื่อพิจารณาแนวโน้มล่าสุด พบว่ามีจำนวนผู้คนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ที่เปลี่ยนมาใช้ระบบกักเก็บพลังงานที่ใช้ลิเธียม ทั้งนี้ คาดการณ์จากแนวโน้มอุตสาหกรรมระบุว่า ภายในช่วงกลางทศวรรษหน้า ภาคส่วนนี้จะสร้างรายได้มหาศาลจนแตะระดับหลายพันล้านดอลลาร์ สิ่งต่างๆ ที่กล่าวมานี้บ่งชี้อย่างชัดเจนว่า เทคโนโลยีลิเธียมดูท่าจะมีบทบาทสำคัญในการเก็บพลังงานของเราในอนาคต
ขนาดเล็กของแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังเปลี่ยนสิ่งที่ผู้คนสามารถทำได้โดยไม่ต้องพึ่งพาไฟฟ้าจากสายส่ง โดยเฉพาะเมื่อไปตั้งแคมป์ หรือต้องการพลังงานสำรองในยามฉุกเฉิน สถานีพลังงานแบบพกพายุคปัจจุบันมีระบบอัจฉริยะที่ช่วยให้แบตเตอรี่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพยาวนาน ขณะเดียวกันก็รักษาสมรรถนะไว้ในระดับที่ดี ผู้คนต้องการตัวเลือกที่มีน้ำหนักเบาและใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ดังนั้นธุรกิจสถานีพลังงานแบบพกพากำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว การวิจัยตลาดแสดงให้เห็นว่าแนวโน้มนี้ไม่ใช่แค่แฟชั่นชั่วคราว พวกอุปกรณ์เหล่านี้ดูท่าจะสามารถครองส่วนแบ่งตลาดขนาดใหญ่ในตลาดพลังงานนอกสายส่งได้ ตอนนี้พวกมันได้กลายเป็นเครื่องมือที่จำเป็นไม่ว่าจะสำหรับการเดินทางช่วงสุดสัปดาห์ หรือสถานการณ์ไม่คาดฝันที่บ้าน
แบตเตอรี่สถานะของแข็งอาจเปลี่ยนแปลงทุกสิ่งเกี่ยวกับเทคโนโลยีลิเธียม เนื่องจากมีข้อได้เปรียบมากมาย เช่น ความปลอดภัยที่ดีกว่าและมีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่ามาก ความแตกต่างหลักจากแบตเตอรี่ทั่วไปอยู่ที่วัสดุอิเล็กโทรไลต์ โดยเปลี่ยนจากของเหลวที่ติดไฟได้ มาเป็นอิเล็กโทรไลต์ในสถานะของแข็ง ซึ่งลดความเสี่ยงเรื่องไฟไหม้ได้อย่างมาก สิ่งที่ผู้เชี่ยวชาญที่ทำงานเกี่ยวกับแบตเตอรี่ทุกคนต่างรอคอยมานาน ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่เชื่อว่าเราจะได้เห็นแบตเตอรี่ชนิดนี้วางขายในตลาดประมาณปี 2030 หรืออาจเร็วกว่านั้น หากทุกอย่างเป็นไปได้ด้วยดี บริษัทใหญ่ๆ ต่างก็เริ่มลงทุนพัฒนาเทคโนโลยีนี้อย่างจริงจัง และห้องปฏิบัติการทั่วโลกต่างแข่งขันกันเพื่อแก้ปัญหากระบวนการผลิตในระดับอุตสาหกรรม
อนาคตของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมขึ้นอยู่กับวิธีการรีไซเคิลที่ดีกว่า ซึ่งสามารถทำงานได้ภายในกรอบเศรษฐกิจหมุนเวียน เมื่อพูดถึงการลดขยะพร้อมทั้งกู้คืนโลหะมีค่าจากแบตเตอรี่เก่า นวัตกรรมในลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างมากในการรักษาสิ่งแวดล้อม ปัจจุบันมีวิธีการใหม่ๆ ที่ช่วยให้ผู้รีไซเคิลสามารถกู้คืนองค์ประกอบต่างๆ เช่น ลิเธียมและโคบอลต์ ได้ราว 95% จากเซลล์ที่ใช้แล้ว อัตราการกู้คืนในระดับนี้ถือว่าน่าประทับใจเมื่อเทียบกับสิ่งที่เป็นไปได้เมื่อไม่กี่ปีก่อน ด้วยรัฐบาลที่กำลังเพิ่มความเข้มงวดของกฎระเบียบด้านรอยเท้าคาร์บอนและขยะอิเล็กทรอนิกส์ ผู้ผลิตจำนวนมากจึงกำลังลงทุนอย่างหนักในระบบการรีไซเคิลยุคใหม่ การลงทุนเหล่านี้ไม่เพียงช่วยให้บริษัทต่างๆ ปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบเท่านั้น แต่ยังช่วยให้พวกเขาตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาดมากขึ้นเกี่ยวกับการจัดการวัตถุดิบในระยะยาว
