แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มีอายุการใช้งานกี่ปี ยืดอายุการใช้งานได้อย่างไรบ้าง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแม้จะได้รับความนิยมสูง เนื่องด้วยข้อดีหลายประการ เช่น มีอายุการใช้งานยาวนาน มีความหนาแน่นของพลังงานสูง มีน้ำหนักเบา ชาร์จเร็ว มีการคายประจุด้วยตัวเองต่ำ (Low Self-Discharge) เป็นต้น แต่ก็ยังมีอายุการใช้งานที่จำกัดอยู่ดี จึงเกิดคำถามแก่ผู้ใช้อยู่บ่อยครั้งว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานกี่ปี แล้วสามารถยืดอายุให้ยาวนานขึ้นได้ไหม อย่างไรบ้าง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานกี่ปี

ในทางเทคนิค อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกกำหนดเป็น Cycle Life ซึ่งก็คือจำนวนรอบการชาร์จและใช้พลังงาน (Charge/Discharge Cycle) จากแบตเตอรี่ ก่อนที่จะเสื่อมสภาพลงจนมีความจุพลังงานเหลือเพียงประมาณ 80% (ความจุพลังงานของแบตเตอรี่จะค่อยๆ ลดลงทุกรอบที่ชาร์จและใช้งาน)

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เหลือความจุพลังงานประมาณ 80% นอกจากจะกักเก็บพลังงานได้น้อยลงจนสังเกตได้ชัดแล้ว ค่าความจุพลังงานก็จะยิ่งลดลงเร็วขึ้นต่อจากนี้เป็นทวีคูณอีกด้วย จึงส่งผลให้เกิดปัญหาความเสถียรและความไว้วางใจหากจะฝืนใช้งานต่อไป

ทั้งนี้ ค่า Cycle Life ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น

• วัสดุของขั้วแคโทด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีหลายชนิด โดยจะเรียกชื่อตามวัสดุของขั้วแคโทด ซึ่งแต่ละชนิดก็จะมี Cycle Life ที่ต่างกัน เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO₂ หรือ LCO) ทั่วไปจะมี Cycle Life อยู่ในช่วง 500-1,000 รอบ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LiFePO₄ หรือ LFP) จะมี Cycle Life สูงถึง 2,000-10,000 รอบ เป็นต้น
• พฤติกรรมการชาร์จ การปล่อยให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประจุไฟฟ้าสูงหรือต่ำเกินไปนานๆ จะส่งผลให้เสื่อมเร็วขึ้น เพราะจะเอื้อให้เกิดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ อย่างในกรณีที่มีประจุไฟฟ้าสูงเกินไป ก็จะเอื้อให้อิเล็กโทรไลต์เกิดการย่อยสลาย ส่วนในกรณีที่มีประจุไฟฟ้าต่ำเกินไป ก็จะเอื้อให้ตัวเก็บประจุที่เป็นทองแดงเกิดความเสียหาย จึงเป็นที่มาของคำแนะนำในการถนอมแบตเตอรี่ ที่ระบุว่าควรชาร์จถึงแค่ประมาณไม่เกิน 85% และควรเลี่ยงอย่าปล่อยให้แบตเตอรี่หมดหรือมีพลังงานต่ำนานๆ นั่นเอง
• อุณหภูมิ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีระดับอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดอยู่ที่ประมาณ 20°C หากอุณหภูมิยิ่งสูงขึ้นและยิ่งนานเท่าไร แบตเตอรี่ก็จะยิ่งเสื่อมสภาพและมีความจุพลังงานลดลงเร็ว ส่งผลให้มีค่า Cycle Life ลดลง ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่าอุณหภูมิที่สูงจะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ภายในแบตเตอรี่เพิ่มมากขึ้น

จากหลักการที่กล่าวมานี้ คำถามที่ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานกี่ปี จึงไม่อาจตอบได้ตรงๆ ต้องขึ้นกับหลายปัจจัย ตั้งแต่ชนิดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน พฤติกรรมการชาร์จ การดูแลเรื่องอุณหภูมิ ไปจนถึงปริมาณการใช้งาน (ยิ่งใช้งานมากก็ยิ่งทำให้ต้องชาร์จถี่ ส่งผลให้ครบ Cycle Life เร็วขึ้น)

แต่ทั่วไปแล้วส่วนใหญ่จะประมาณการอยู่ในช่วง 2-15 ปี โดยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก เช่น มือถือและโน๊ตบุ๊ค จะมีอายุการใช้งานที่สั้นกว่า ส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 2-5 ปี ส่วนในอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่มีระบบซับซ้อน เช่น รถ EV และระบบ BESS ก็จะมีอายุการใช้งานที่นานกว่า ส่วนใหญ่จะมากกว่า 10 ปี

วิธียืดอายุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

สำหรับวิธียืดอายุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็จะมีแนวทางที่ทำได้หลักๆ ดังนี้

1. จำกัดช่วงเวลาที่มีพลังงานสูง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปแล้วจะเสื่อมเร็วสุดเมื่อมีพลังงานเต็ม ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะสภาวะแวดล้อมที่ระดับพลังงานสูงๆ จะเอื้อให้เกิดชั้นฟิล์มที่ชื่อว่า Solid Electrolyte Interphase (SEI) บนขั้วแอโนดเพิ่มขึ้น โดยปกติแล้ว ชั้นฟิล์ม SEI นี้จะมีความสำคัญต่อการทำงานของแบตเตอรี่ โดยจะมีหน้าที่ช่วยป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์สัมผัสกับแกรไฟต์ในขั้วแอโนดโดยตรง ซึ่งหากเกิดขึ้นก็จะทำให้เซลล์แบตเตอรี่เสื่อมลงอย่างรวดเร็ว แต่การขยายตัวของชั้นฟิล์ม SEI จะมีการดึงไอออนลิเธียมเข้าไปด้วย หากเกิดมากเกินไป จึงมีผลทำให้แบตเตอรี่เกิดการสูญเสียไอออนลิเธียมจนมีความจุพลังงานลดลงอย่างชัดเจน

ด้วยเหตุนี้นี่เอง หากเป็นไปได้จึงแนะนำให้ชาร์จแบตเตอรี่ถึงแค่ประมาณไม่เกิน 85% ซึ่งแม้จะทำให้มีพลังงานใช้น้อยลง แต่ก็จะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ให้นานขึ้น มือถือและยานยนต์ไฟฟ้าหลายรุ่นก็จะมีตัวเลือกจำกัดปริมาณการชาร์จสูงสุดเนื่องด้วยหลักการข้อนี้

2. อย่าปล่อยให้ร้อนเกินไป

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหากมีอุณหภูมิเกินช่วงประมาณ 70°C ก็อาจเข้าสู่ภาวะ Thermal Runaway ซึ่งก็คือการที่ชั้นฟิล์ม SEI เสื่อมสลายจนทำให้เกิดการคายความร้อนระหว่างขั้วแอโนดและอิเล็กโทรไลต์ หากอุณหภูมิยังสูงขึ้นต่อเนื่องเรื่อยๆ ก็อาจทำให้ตัวกั้นระหว่างขั้วแคโทดและแอโนดเกิดหลอมละลาย ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร รวมถึงเกิดการเสื่อมสลายของขั้วแคโทดและอิเล็กโทรไลต์ ท้ายที่สุดก็อาจนำไปสู่การเกิดเพลิงไหม้ได้

ในอีกมุมหนึ่ง อุณหภูมิที่น้อยกว่า 70°C ก็สามารถสร้างความเสียหายแก่แบตเตอรี่ได้เช่นกัน ด้วยแนวโน้มที่ว่ายิ่งอุณหภูมิสูงก็จะยิ่งทำให้เสื่อมเร็ว เพราะจะเร่งให้เกิดการก่อตัวของชั้นฟิล์ม SEI ที่ขั้วแอโนดเพิ่มขึ้น เมื่อสะสมมากเข้าก็จะทำให้แบตเตอรี่มีความจุพลังงานลดลง

จากที่กล่าวมานี้ จึงแนะนำให้เก็บแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนให้ห่างจากแหล่งความร้อนต่างๆ โดยอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการทำงานของแบตเตอรี่นั้นจะอยู่ที่ประมาณ 20°C

3. เลี่ยงการใช้ Fast Charge

เทคโนโลยี Fast Charge แม้จะช่วยให้ชีวิตสะดวกสบาย เพราะแบตเตอรี่ชาร์จเต็มเร็ว แต่ก็อาจทำให้เสื่อมเร็วขึ้น โดยเฉพาะที่สภาวะอุณหภูมิต่ำๆ

ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะตามปกติเมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ไอออนลิเธียมจะเคลื่อนย้ายจากขั้วแคโทดไปที่แอโนด ซึ่งตามอุดมคติแล้ว ไอออนลิเธียมจะต้องแทรกเข้าไปในขั้วแอโนด แต่ในกรณีที่เกิดขึ้นเร็วเกินไป บางส่วนก็อาจเคลือบติดอยู่กับบริเวณพื้นผิวแทน

การเคลือบติดของไอออนลิเธียมบนพื้นผิวของขั้วแอโนดนี้ หากเกิดมากเข้าก็จะก่อให้เกิดลิเธียมเดนไดรต์ (เป็นคล้ายผลึกตะกอนผิวขรุขระรูปแบบหนึ่ง) ซึ่งจะมีผลเร่งการเสื่อมของแบตเตอรี่ และอาจนำไปสู่การเกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายใน จนทำให้แบตเตอรี่เสียหายได้

แม้ปัจจุบันจะมีหลายหนทางที่อาจช่วยลดผลกระทบจากเทคโนโลยี Fast Charge ที่มีต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ แต่การพยายามหลีกเลี่ยง โดยใช้ Fast Charge เฉพาะเท่าที่จำเป็น ก็เป็นหนทางที่ปลอดภัยกว่าอยู่ดี ซึ่งบางอุปกรณ์อย่างเช่นมือถือบางรุ่นจะมีตัวเลือกเปิดปิดการใช้ Fast Charge เพื่อช่วยอำนวยความสะดวก

4. อย่าปล่อยให้มีพลังงานต่ำเกินไป

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหลายรุ่นหลายประเภทจะมีช่วงแรงดันไฟฟ้าในการใช้งาน (Operating Voltage Range) ที่แนะนำอยู่ในช่วง 4.2V-2.7V สาเหตุที่มีการกำหนดเกณฑ์นี้ ก็เนื่องด้วยข้อจำกัดของวัสดุภายในแบตเตอรี่ ในด้านความเสถียรในเชิงไฟฟ้าเคมี

ซึ่งหากเกิดการชาร์จไฟเกิน (Overcharging) ก็อาจนำไปสู่การเสื่อมสลายของอิเล็กโทรไลต์ ในทางกลับกัน หากเกิดการจ่ายไฟเกิน (Overdischarging) ก็อาจนำไปสู่การละลายของตัวเก็บประจุที่เป็นทองแดง ซึ่งจะทำให้เกิดเดนไดรต์ของทองแดง และท้ายที่สุดก็อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้

แม้ว่าระบบจัดการแบตเตอรี่ (Battery Management System) จะสามารถช่วยป้องกันการจ่ายไฟเกินสำหรับการใช้งานปกติ แต่ในกรณีของแบตเตอรี่ที่ไม่ได้ใช้งานนานๆ ก็อาจเกิดการคายประจุด้วยตัวเอง (Self-Discharge) จนเข้าสู่สภาวะที่เอื้อให้เกิดการละลายของตัวเก็บประจุที่เป็นทองแดงได้เช่นกัน

ด้วยเหตุนี้ จึงควรชาร์จแบตเตอรี่ที่ไม่ได้ใช้เป็นระยะๆ ในระดับพลังงานประมาณ 30% เพื่อช่วยถนอมแบตเตอรี่ โดยจะเป็นจุดที่ต่ำมากพอในการป้องกันไม่ให้ชั้นฟิล์ม SEI ขยายตัว แต่ก็ยังสูงพอที่จะรองรับการคายประจุด้วยตัวเองได้ในระดับหนึ่ง

บทสรุป

โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก เช่น มือถือและโน๊ตบุ๊ค มักจะมีอายุการใช้งานอยู่ในช่วง 2-5 ปี ส่วนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอุปกรณ์ขนาดใหญ่ เช่น รถ EV และระบบ BESS มักจะมีอายุการใช้งานอย่างน้อย 10 ปี ทั้งนี้ก็จะขึ้นอยู่กับวัสดุของขั้วแคโทด พฤติกรรมการชาร์จ การควบคุมอุณหภูมิ รวมไปถึงปริมาณการใช้งานด้วย ส่วนการถนอมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนให้ใช้งานได้ยาวนานขึ้นนั้น ก็อาจทำได้ด้วยการจำกัดการชาร์จแต่ละครั้งไม่ให้เกิน 85% เลี่ยงไม่ให้อยู่ใกล้แหล่งความร้อน เลี่ยงการใช้ Fast Charge และพิจารณาชาร์จแบตเตอรี่จนถึงประมาณ 30% เป็นระยะในกรณีที่ไม่ได้ใช้งานนานๆ

GMS Solar ผู้จัดจำหน่าย BESS ชั้นนำของไทย

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