เหตุการณ์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไฟไหม้หรือระเบิดที่เห็นกันตามข่าว ได้เป็นตัวจุดชนวนความสงสัยว่าแท้จริงแล้วแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนปลอดภัยแค่ไหน เหตุไฟไหม้หรือระเบิดเกิดจากอะไร แล้วสามารถป้องกันอันตรายเหล่านี้ได้อย่างไรบ้าง
ซึ่งบทความนี้ก็ได้รวบรวมข้อมูลคำตอบจากผู้เชี่ยวชาญและหน่วยงานต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง ทั้งนี้ก็เพื่อให้เกิดความเข้าใจที่ถูกต้อง และช่วยส่งเสริมความปลอดภัยในการใช้งาน
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไฟไหม้-ระเบิด เกิดบ่อยแค่ไหน
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ออกสู่ตลาดครั้งแรกในปี 1991 ซึ่งหลังจากนั้นก็ถูกพัฒนาเรื่อยมา และได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยปัจจุบันเป็นแบตเตอรี่ชนิดที่ถูกใช้มากที่สุด ครอบคลุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลากหลายประเภท เช่น มือถือ แท็บเล็ต โน๊ตบุ๊ค พาวเวอร์แบงค์ เครื่องดูดฝุ่นไร้สาย อุปกรณ์ไฟฟ้าพกพาอื่นๆ จักรยานไฟฟ้า สกู๊ตเตอร์ไฟฟ้า รถ EV ตลอดจนระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ที่มีขนาดใหญ่อย่าง BESS
ในแง่ความปลอดภัย ทั่วไปแล้วแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนับว่ามีความปลอดภัยสูง โดยข้อมูลจาก The Faraday Institution ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยด้านเทคโนโลยีแบตเตอรี่ในประเทศอังกฤษได้ระบุว่า อัตราการเกิดการบกพร่องของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่นำไปสู่เหตุไฟไหม้หรือระเบิด ประมาณการแล้วจะอยู่ในช่วงเพียงระหว่าง 1 ใน 10 ล้านเซลล์ และ 1 ใน 40 ล้านเซลล์
ที่เป็นเช่นนี้ส่วนหนึ่งก็เนื่องด้วยเทคโนโลยีต่างๆ ในด้านความปลอดภัย ซึ่งได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เช่น ระบบจัดการแบตเตอรี่ (Battery Management System) ที่ช่วยดูแลป้องกันไม่ให้เกิดปัญหากระแสไฟและอุณหภูมิเกิน และส่วนหนึ่งก็เป็นผลมาจากการกำหนดและดูแลควบคุมมาตรฐานที่เข้มงวดโดยหลายหน่วยงาน
อย่างไรก็ตาม ในช่วงปีหลังๆ กลับพบแนวโน้มจำนวนเหตุไฟไหม้และระเบิดจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งแม้ส่วนหนึ่งจะเป็นผลมาจากปริมาณการใช้ที่มากขึ้น แต่ข้อมูลจากหลายแหล่งก็บ่งชี้ว่าปัจจัยหลักจะเกิดจากช่องโหว่เรื่องมาตรฐาน รวมไปถึงการจัดการที่ไม่เหมาะสมมากกว่า ตัวอย่างเช่น
- เหตุไฟไหม้หรือระเบิดจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ออกข่าวช่วงหลังในหลายๆ ประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกา อังกฤษ และออสเตรเลีย มักมีสาเหตุมาจากจักรยานไฟฟ้าและสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งก็เนื่องด้วยหลายปัจจัย ทั้งความนิยมในการใช้ที่เพิ่มขึ้นในช่วงปีหลังๆ ปริมาณพลังงานที่มากกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปหลายเท่า (เมื่อเกิดเหตุไฟไหม้หรือระเบิดจึงรุนแรงกว่า) รวมไปถึงการกำหนดและควบคุมมาตรฐานที่ไม่เข้มงวดพอ (จักรยานไฟฟ้าและสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้ามักถูกมองข้ามในแง่ของมาตรฐานความปลอดภัย ผิดกับรถ EV ที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด)
- รายงานข้อมูลเหตุบาดเจ็บและเสียชีวิตจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในหลายประเทศที่จัดทำโดย UL Solutions ซึ่งเป็นบริษัทด้านมาตรฐานความปลอดภัยระดับโลก ก็ได้พบว่าสาเหตุอันดับแรกของการเสียชีวิตจะเกิดจากยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็ก เช่น จักรยานไฟฟ้าและสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้า
- ในช่วงหลังมานี้ หลายประเทศก็ได้เร่งผลักดันกฎหมายมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดขึ้นสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็ก
- นอกจากนี้แล้ว ก็ยังมีประเด็นเกี่ยวกับการทิ้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งข้อมูลจากประเทศอังกฤษที่เผยแพร่โดย National Fire Chiefs Council (NFCC) ก็ได้พบตัวเลขเหตุไฟไหม้ในรถขยะและจุดทิ้งขยะที่เกิดจากแบตเตอรี่ในปี 2023 สูงถึงกว่า 1,200 ครั้ง เพิ่มขึ้นจากปี 2022 มากถึง 71% ข้อมูลนี้ได้เน้นย้ำให้เห็นถึงความสำคัญในการทิ้งและจัดการแบตเตอรี่อย่างถูกวิธี
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไฟไหม้หรือระเบิด เกิดจากอะไร
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไฟไหม้หรือระเบิดหลักๆ จะเกิดจากสภาวะที่เรียกว่า Thermal Runaway ซึ่งก็คือการที่อุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนเกินการควบคุม เมื่อเจอกับสารเคมีในแบตเตอรี่ที่มีคุณสมบัติติดไฟได้ ผนวกกับความหนาแน่นพลังงานที่สูง จึงส่งผลให้เกิดควัน ไฟไหม้ หรือเหตุระเบิดได้นั่นเอง
Thermal Runaway หลักๆ จะเกิดจากความเสียหาย 3 รูปแบบ ได้แก่ ความเสียหายเชิงกล เชิงไฟฟ้า และเชิงความร้อน โดยมีรายละเอียดดังนี้
1. ความเสียหายเชิงกล
Thermal Runaway สามารถเกิดได้จากความเสียหายเชิงกล เช่น แบตเตอรี่ถูกบีบอัด กระแทก หรือเจาะทะลุ ด้วยเหตุนี้นี่เอง ยานยนต์ไฟฟ้าเมื่อเกิดอุบัติเหตุจนได้รับความเสียหาย จึงจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบดูแลเรื่องความปลอดภัยเป็นพิเศษ
โดยความเสียหายเชิงกลเมื่อเกิดขึ้นแล้ว ก็อาจนำไปสู่ความผิดปกติในทางกายภาพ เช่น การขาดทะลุของตัวกั้นระหว่างขั้วแคโทดและแอโนด (Polymer Separator) ซึ่งจะมีหน้าที่สำคัญคือช่วยป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบมาสัมผัสกัน หากอิเล็กโทรด 2 ขั้วนี้สามารถสื่อนำไฟฟ้าถึงกันได้ ไม่ว่าจะเกิดจากส่วนประกอบภายในแบตเตอรี่เสียหายผิดรูป หรือโดนวัสดุภายนอกเจาะทะลุ ก็อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรตามมา และในที่สุดก็อาจเกิดความร้อนที่เพิ่มสูงขึ้นจนเข้าสู่สภาวะ Thermal Runaway ได้
2. ความเสียหายเชิงไฟฟ้า
Thermal Runaway ยังสามารถเกิดได้จากความเสียหายเชิงไฟฟ้า ทั้งจากการชาร์จไฟเกิน (Overcharging) และการจ่ายไฟเกิน (Overdischarging)
ในสภาวะการทำงานปกติ ไอออนลิเธียมในแบตเตอรี่จะสามารถเคลื่อนย้ายไปมาระหว่างขั้วแอโนดและแคโทด โดยขั้วแอโนดจะมีปริมาณไอออนลิเธียมมากสุดเมื่อชาร์จเต็ม ประเด็นสำคัญจะอยู่ที่แกรไฟต์ ซึ่งเป็นวัสดุสำหรับขั้วแอโนดที่นิยมใช้กันมากสุด เมื่อจับกับลิเธียมจนอิ่มตัวเต็มที่ก็มักจะขาดความเสถียรในเชิงอุณหพลศาสตร์ จึงอาจทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์และเกิดการเสื่อมสภาพได้ อย่างไรก็ตาม ทั่วไปแล้วพื้นผิวของแกรไฟต์จะมีชั้นฟิล์มที่เรียกว่า Solid Electrolyte Interphase (SEI) เคลือบอยู่ ซึ่งจะมีส่วนช่วยป้องกันไม่ให้พื้นผิวของแกรไฟต์สัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ จึงสามารถช่วยจำกัดการเสื่อมสภาพจากสาเหตุนี้
แต่เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกชาร์จไฟเกิน (คือแต่ละเซลล์ถูกชาร์จจนมีแรงดันไฟฟ้าเกินกว่าช่วงประมาณ 4.2V) สิ่งที่เกิดขึ้นตามมาก็คือแกรไฟต์จะจับกับลิเธียมจนอิ่มตัว ไม่สามารถจับเพิ่มได้อีก ไอออนลิเธียมส่วนเกินจึงเกาะอยู่กับพื้นผิวของแกรไฟต์และก่อตัวขึ้นเป็นลิเธียมเดนไดรต์แทน (เป็นคล้ายผลึกตะกอนผิวขรุขระรูปแบบหนึ่ง) ซึ่งหากมากเข้าก็อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรจนแบตเตอรี่ทำงานขัดข้อง
ยิ่งไปกว่านั้น การชาร์จไฟเกินยังมีผลทำให้ลิเธียมเคลื่อนย้ายออกจากขั้วแคโทดอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ค่าศักย์ไฟฟ้าเพิ่มสูงขึ้น จึงเป็นเหตุให้อิเล็กโทรไลต์เสื่อมสลายและเกิดก๊าซก่อตัวขึ้นได้อีกด้วย สำหรับแบตเตอรี่ที่ใช้วัสดุของขั้วแคโทดเป็น LiNiMnCoO2 ซึ่งเป็นชนิดที่พบได้บ่อย การเคลื่อนออกของลิเธียมอย่างต่อเนื่อง เมื่อมากเข้าก็ยังมีผลทำให้โครงสร้างของวัสดุขาดความเสถียร จนอาจนำไปสู่การขัดข้องรุนแรงของแบตเตอรี่ได้อีกเช่นกัน
ส่วนในกรณีที่จ่ายไฟเกิน (คือแต่ละเซลล์จ่ายไฟจนมีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าช่วงประมาณ 2.7V) ลิเธียมทั้งหมดจะเคลื่อนย้ายออกจากแกรไฟต์ ซึ่งหากหนักเข้าก็อาจทำให้ตัวเก็บประจุที่เป็นทองแดงละลาย เมื่อแบตเตอรี่ถูกชาร์จอีกครั้ง ทองแดงที่ละลายก็อาจก่อตัวขึ้นเป็นเดนไดรต์และทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้
3. ความเสียหายเชิงความร้อน
ความเสียหายเชิงกลและเชิงไฟฟ้าหากเกิดขึ้นแล้ว ก็อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนตามมา หากแบตเตอรี่ไม่สามารถระบายความร้อนได้ทันจนอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นถึงระดับหนึ่ง ก็อาจนำไปสู่การขัดข้องรุนแรงได้ในที่สุด
ผลความเสียหายที่เกิดจากอุณหภูมิแต่ละระดับจะต่างกันไปตามชนิดของแบตเตอรี่ แต่ทั่วไปแล้วเมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 70°C ชั้นฟิล์ม SEI จะเริ่มเสื่อมสลาย ส่งผลให้อิเล็กโทรไลต์สัมผัสกับพื้นผิวของแกรไฟต์ การเปลี่ยนแปลงของชั้นฟิล์ม SEI นี้จะทำให้เกิดการคายความร้อน จึงส่งผลให้อุณหภูมิยิ่งเพิ่มสูงขึ้น
หากอุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มสูงเกินช่วงประมาณ 130°C ตัวกั้นระหว่างขั้วแคโทดและแอโนดซึ่งมักจะทำมาจากโพลีเอทิลีนหรือโพลีโพรพิลีน ก็อาจละลายจนทำให้ขั้วแคโทดและแอโนดสัมผัสกันจนเกิดไฟฟ้าลัดวงจร (การออกแบบแบตเตอรี่บางรูปแบบอาจมีการใช้ Thermal Shutdown Separator ซึ่งมักจะเป็นโพลิเมอร์หลายชั้นที่มีรูพรุนหรือเป็นชั้นเคลือบเซรามิก มาช่วยเสริมความปลอดภัยในจุดนี้)
กรณีที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรก็อาจทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้นอีก (ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานในแบตเตอรี่) หากอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นจนเกิน 200°C อิเล็กโทรไลต์และขั้วแคโทดจะเสื่อมสลาย ทำให้เกิดการก่อตัวของออกซิเจนซึ่งมีคุณสมบัติติดไฟได้ง่าย และเกิดก๊าซพิษบางชนิด เช่น กรดไฮโดรฟลูออริก
ทั้งนี้ วัสดุของขั้วแคโทดที่ใช้จะมีผลต่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่ โดยแบตเตอรี่ที่ใช้ขั้วแคโทดเป็นลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LiFePO4 หรือ LFP) จะมีความปลอดภัยสูงกว่าวัสดุชนิดอื่นๆ เช่น ลิเธียมนิเคิลแมงกานิสโคบอลต์ออกไซด์ (NMC) ซึ่งเป็นชนิดที่พบได้บ่อย นอกจากนี้แล้ว ปัจจุบันก็ยังมีความพยายามในการพัฒนาแบตเตอรี่ประเภท Solid-State ซึ่งเป็นการใช้อิเล็กโทรไลต์ในสถานะของแข็งแทนที่อิเล็กโทรไลต์เหลวซึ่งติดไฟได้ง่าย ทำให้มีความปลอดภัยมากขึ้น ตัวอย่างแนวทางวัสดุที่มีการทดลองพัฒนาก็จะมีตั้งแต่อิเล็กโทรไลต์จำพวกสารประกอบออกไซด์ ซัลไฟด์ และโพลิเมอร์
วิธีป้องกันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไฟไหม้หรือระเบิด
สำหรับวิธีป้องกันเหตุไฟไหม้หรือระเบิดที่เกิดจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อ้างอิงจาก United States Fire Administration และ Department of Fire and Emergency Services (DFES) ก็จะมีรายละเอียดดังนี้
- เลือกใช้เฉพาะอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน รวมถึงอุปกรณ์ชาร์จที่ได้มาตรฐานเท่านั้น และควรเลือกซื้อเฉพาะจากแหล่งที่เชื่อถือได้ เพื่อป้องกันปัญหาสินค้าเถื่อนหรือสินค้าปลอม
- หยุดใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน หากพบว่ามีกลิ่นหรือสีผิดปกติ มีรอยเสียหาย แตกหัก หรือทะลุ มีลักษณะบวม มีของเหลวไหลซึม มีเสียงผิดปกติ หรือมีความร้อนสูงจนผิดสังเกต
- เลี่ยงไม่ให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดนแสงแดดโดยตรง หรืออยู่ใกล้วัตถุไวไฟ แหล่งความร้อน รวมถึงบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ภายในรถที่จอดกลางแจ้ง เป็นต้น
- เลี่ยงการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขณะหลับหรือไม่มีคนอยู่ และหากชาร์จเต็มแล้วก็ควรถอดสายชาร์จ ไม่ควรชาร์จแช่ทิ้งไว้
- เลี่ยงการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนบนพื้นผิวหรือใกล้วัตถุที่ติดไฟได้ เช่น เสื้อผ้า กระดาษ โซฟา เตียงนอน เป็นต้น
- อาจพิจารณาติดตั้งระบบป้องกันอัคคีภัยในบริเวณที่มีการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นประจำ
- ห้ามทิ้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในจุดทิ้งขยะทั่วไป ควรนำไปทิ้งในจุดเฉพาะ อย่างในไทยก็จะมีโครงการของเอกชนและหน่วยงานภาครัฐหลายแห่งที่เปิดจุดทิ้งเฉพาะสำหรับขยะอิเล็กทรอนิกส์รวมถึงแบตเตอรี่ เช่น โครงการ E-Waste
บทสรุป
เหตุการณ์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไฟไหม้หรือระเบิดจะเกิดจากสภาวะ Thermal Runaway ซึ่งก็คือการที่อุณหภูมิของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนเกินการควบคุม โดยมีสาเหตุหลักมาจากความเสียหายเชิงกล เชิงไฟฟ้า และเชิงความร้อน เช่น แบตเตอรี่ถูกบีบอัดหรือเจาะทะลุ มีการชาร์จไฟหรือจ่ายไฟเกิน โดนความร้อนสูงจนเกิดความเสียหาย เป็นต้น
สำหรับแนวทางป้องกันที่แนะนำก็ได้แก่ เลือกใช้เฉพาะอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แบตเตอรี่ และอุปกรณ์ชาร์จที่ได้มาตรฐาน เลี่ยงไม่ให้แบตเตอรี่สัมผัสความร้อนและแสงแดด งดใช้แบตเตอรี่ที่ผิดปกติ และดูแลสภาวะแวดล้อมขณะชาร์จให้ปลอดภัย
GMS Solar ผู้จัดจำหน่าย BESS ชั้นนำในไทย
BESS (Battery Energy Storage System) เป็นเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ในสเกลใหญ่ซึ่งได้รับความนิยมสูงในปัจจุบัน สามารถใช้กักเก็บไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น แสงอาทิตย์ ลม น้ำ ฯลฯ ใช้เพิ่มเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าทั่วไป เช่น เก็บสำรองไฟไว้ใช้ในยามฉุกเฉินหรือยามที่มีความต้องการสูง หรือใช้ลดค่าไฟจาก Demand Charge ในอุตสาหกรรมที่มีการใช้ไฟฟ้าในปริมาณมาก
เพื่อช่วยผลักดันเทคโนโลยี BESS ของไทยให้ก้าวหน้ารวดเร็วยิ่งขึ้น GMS Solar จึงได้จับมือกับ REPT Battero ซึ่งเป็นผู้นำ BESS ระดับ Top 3 ของโลกจากประเทศจีน ในฐานะของ Distributor เพียงเจ้าเดียวในไทย
REPT Battero เป็นบริษัทผู้ผลิตเซลล์แบตเตอรี่ที่มีขีดความสามารถในด้าน R&D สูง มีเหมืองตั้งแต่ต้นน้ำของตัวเอง ทั้งยังมีจุดเด่นต่างๆ อีกมากมาย เช่น
- ได้รับการยอมรับให้อยู่ใน BloombergNEF’s Tier 1 Energy Storage Manufacturers List 2024
- ได้รับใบประกาศรับรองคุณภาพและความปลอดภัยตามมาตรฐานสากลมากมาย อาทิ UL 1973, IEC 62619, UN 38.3, NFPA 855, IEC 62477, UL9540A เป็นต้น
- มีเทคโนโลยี Wending Battery ที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ ซึ่งจะช่วยเพิ่มปริมาณความจุและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ให้ยาวนานขึ้น สามารถมี Cycle Life ได้มากถึง 8,000-10,000 รอบ ส่งผลใช้งานได้ยาวนานถึง 20 ปี
- ได้ส่งมอบ BESS ให้กับโครงการสำคัญมากมาย เช่น โครงการ 1,680 MWh Waratah Super Battery ที่รัฐนิวเซาท์เวลส์ ประเทศออสเตรเลีย โครงการ 226 MWh St Gall Battery Energy Storage System ที่รัฐเท็กซัส สหรัฐอเมริกา เป็นต้น
เมื่อเทคโนโลยี BESS ที่ล้ำสมัยของ REPT Battero ได้ผนวกรวมกับความเชี่ยวชาญของ GMS Solar ซึ่งเป็นบริษัทในเครือ GMS Interneer ที่มีประสบการณ์ในอุตสาหกรรมพลังงานมากว่า 20 ปี จึงเกิดเป็นโซลูชั่น BESS ที่มีคุณภาพสูง ครอบคลุมทั้งในส่วนของสินค้าและบริการ พร้อมที่จะส่งมอบให้กับทุกโครงการสำคัญของคุณ
