จีนเริ่มผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตทั้งหมด ตั้งเป้าเพิ่มระยะทางวิ่งเป็นสองเท่า

เหตุใดสายการผลิตนี้จึงสำคัญในเวลานี้

จีนก้าวสำคัญในการแข่งขันเพื่อพลิกโฉมรถยนต์ไฟฟ้า บริษัท Guangzhou Automobile Group (GAC) สร้างสายการผลิตเซลล์แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมดขนาดใหญ่สำหรับยานยนต์แห่งแรกของประเทศเสร็จแล้ว โรงงานเริ่มผลิตเซลล์ขนาด 60 แอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) ในปริมาณน้อยเพื่อทดสอบ ซึ่งถือเป็นการก้าวข้ามระดับที่ห้องปฏิบัติการและโครงการนำร่องส่วนใหญ่ยังไปไม่ถึง กำลังการผลิตนี้สำคัญเพราะสอดคล้องกับความต้องการของรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไป ช่วยนำเทคโนโลยีออกจากห้องทดลองสู่ภาคอุตสาหกรรม ความเคลื่อนไหวนี้ส่งสัญญาณถึงยุคใหม่ของแบตเตอรี่ที่ให้คำมั่นว่าจะมีความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น ชาร์จเร็วขึ้น และปลอดภัยยิ่งขึ้น

สายการผลิตของ GAC มุ่งผลิตเซลล์ที่มีความจุมากกว่า 60 Ah และรายงานความจุต่อพื้นที่สูงสุด 7.7 มิลลิแอมแปร์-ชั่วโมงต่อตารางเซนติเมตร (mAh/cm2) สายการผลิตแบตเตอรี่แบบอิเล็กโทรไลต์เหลวทั่วไปจำนวนมากทำงานอยู่ที่ประมาณ 5 mAh/cm2 ความจุต่อพื้นที่ที่สูงขึ้นรองรับขั้วไฟฟ้าที่หนาขึ้น ซึ่งเก็บพลังงานได้มากขึ้นในพื้นที่เท่าเดิม GAC ระบุว่าความหนาแน่นพลังงานเกือบเป็นสองเท่าของเซลล์ลิเธียมไอออนในปัจจุบัน การเปลี่ยนแปลงนี้อาจช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าที่วิ่งได้ราว 500 กิโลเมตร วิ่งได้เกิน 1,000 กิโลเมตรต่อการชาร์จเต็มหนึ่งครั้ง บริษัทวางแผนติดตั้งแบตเตอรี่เหล่านี้ในรถทดสอบปี 2026 และมุ่งสู่การผลิตจำนวนมากในช่วงปี 2027-2030 ขึ้นอยู่กับผลการตรวจสอบและต้นทุน

จีนเป็นผู้นำด้านการจัดหาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าแบบทั่วไปทั่วโลกอยู่แล้ว ผ่านบริษัทอย่าง CATL และ BYD การสร้างสายการผลิตนี้ทำให้ GAC วางตำแหน่งจีนให้เป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีที่ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายพัฒนามานานนับทศวรรษ นอกจากนี้ จีนยังเปิดตัวแพลตฟอร์มความร่วมมือที่รวบรวมผู้ผลิตแบตเตอรี่และบริษัทรถยนต์ เพื่อเร่งการนำแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมดออกสู่ตลาด หากจีนขยายการผลิตเทคโนโลยีนี้ได้ด้วยต้นทุนที่แข่งขันได้และสมรรถนะที่เชื่อถือได้ รถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ก็อาจวิ่งได้ไกลขึ้นต่อการชาร์จ ชาร์จเร็วขึ้น และมีความปลอดภัยสูงขึ้น

แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมดคืออะไร

แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมดใช้วัสดุแข็งแทนอิเล็กโทรไลต์เหลวที่พบในเซลล์ลิเธียมไอออนทั่วไป อิเล็กโทรไลต์เป็นตัวกลางที่ลำเลียงไอออนระหว่างขั้วไฟฟ้าบวกและขั้วไฟฟ้าลบระหว่างการชาร์จและคายประจุ อิเล็กโทรไลต์เหลวทำงานได้มีประสิทธิภาพ แต่ติดไฟได้และจำกัดการอัดแน่นของพลังงาน อิเล็กโทรไลต์แข็งช่วยให้เรียงซ้อนวัสดุได้หนาแน่นขึ้นและอาจมีเสถียรภาพทางความร้อนดีกว่า การเปลี่ยนมาใช้อิเล็กโทรไลต์แข็งช่วยเพิ่มพลังงานต่อหน่วยปริมาตรและน้ำหนัก และอาจลดความเสี่ยงจากไฟไหม้เมื่อเซลล์เสียหาย

ความหนาแน่นพลังงานและระยะทางวิ่ง

ความหนาแน่นพลังงาน ซึ่งหมายถึงปริมาณพลังงานที่แบตเตอรี่เก็บได้เมื่อเทียบกับขนาดหรือน้ำหนัก เป็นคุณสมบัติที่ส่งผลโดยตรงต่อระยะทางวิ่งมากที่สุด GAC รายงานว่าเซลล์รุ่นใหม่นี้มีความหนาแน่นพลังงานเกือบเป็นสองเท่าของเซลล์ทั่วไป หากรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นปัจจุบันวิ่งได้ราว 311 ไมล์ด้วยแบตเตอรี่ขนาดหนึ่ง แบตเตอรี่ที่มีขนาดเท่ากันแต่ประกอบด้วยเซลล์โซลิดสเตตเหล่านี้อาจวิ่งได้ราว 621 ไมล์ ตัวเลขระยะทางวิ่งในจีนมักอ้างอิงมาตรฐานทดสอบ CLTC ซึ่งมีแนวโน้มให้ผลสูงกว่ามาตรฐาน EPA ที่ใช้ในสหรัฐฯ การอ้างระยะทาง 1,000 กิโลเมตรตาม CLTC อาจเทียบเท่าราว 650-750 กิโลเมตร (ประมาณ 400-465 ไมล์) ในการใช้งานจริงหรือเมื่อเทียบกับมาตรฐาน EPA ซึ่งยังถือว่าเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ความปลอดภัยและการทนความร้อน

อิเล็กโทรไลต์แข็งมีแนวโน้มรั่วไหลและติดไฟน้อยกว่าอิเล็กโทรไลต์เหลว อีกทั้งทนต่ออุณหภูมิสูงได้มากกว่า GAC ระบุว่าแบตเตอรี่มีเสถียรภาพในช่วง 300-400 องศาเซลเซียส เทียบกับราว 200 องศาสำหรับเซลล์ลิเธียมไอออนทั่วไปจำนวนมาก การทนความร้อนได้ดีขึ้นอาจเพิ่มความทนทานต่อสภาวะผิดปกติและช่วยจัดการความร้อนขณะชาร์จเร็วหรือใช้พลังงานสูง เทคโนโลยีนี้ยังมุ่งจำกัดการก่อตัวของโครงสร้างลิเธียมลักษณะคล้ายเข็มที่เรียกว่าเดนไดรต์ ซึ่งอาจทำให้เซลล์เสียหาย การออกแบบโซลิดสเตตที่ใช้วัสดุและกระบวนการผลิตเหมาะสมอาจยกระดับทั้งสมรรถนะและความปลอดภัยได้พร้อมกัน

ภายในสายการผลิตใหม่ของ GAC

สายการผลิตของ GAC มุ่งผลิตเซลล์ขนาดใหญ่แบบ 60 Ah ซึ่งเป็นประเภทที่เกี่ยวข้องกับรถยนต์ไฟฟ้าขนาดเต็มมากที่สุด บริษัทเน้นกระบวนการผลิตขั้วแอโนดแบบแห้งที่รวมหลายขั้นตอนไว้ในการทำงานต่อเนื่องขั้นตอนเดียว การผลิตขั้วไฟฟ้าลบแบบดั้งเดิมจะผสมวัสดุออกฤทธิ์ให้เป็นสารแขวนลอย เคลือบบนแผ่นฟอยล์โลหะ แล้วรีดขั้วไฟฟ้าให้ได้ความหนาที่เหมาะสม โดยมีขั้นตอนอบแห้งและนำตัวทำละลายกลับมาใช้ระหว่างกระบวนการ GAC ระบุว่าการรวมการเตรียมสารแขวนลอย การเคลือบ และการรีดไว้ในขั้นตอนเดียวช่วยลดเวลาและการใช้พลังงาน การตัดขั้นตอนอบแห้งตัวทำละลายออกยังอาจช่วยลดการปล่อยมลพิษและต้นทุนเมื่อขยายการผลิต

ความจุต่อพื้นที่ 7.7 mAh/cm2 ที่รายงานจากสายการผลิตนี้สำคัญ เพราะแสดงให้เห็นว่าสามารถผลิตขั้วไฟฟ้าให้หนาขึ้นได้โดยไม่เกิดความเสียหาย เมื่อขั้วไฟฟ้าหนา ไอออนก็อาจเคลื่อนผ่านวัสดุได้ยากขึ้น ผู้ผลิตจึงต้องสร้างสมดุลระหว่างความหนากับการนำไฟฟ้า ความแข็งแรงเชิงกล และความสม่ำเสมอ การทำความจุต่อพื้นที่ให้สูงได้เป็นสัญญาณสำคัญว่ากระบวนการผลิตรองรับความหนาแน่นพลังงานสูงได้ พร้อมกับบรรลุเป้าหมายอายุการใช้งานตามจำนวนรอบชาร์จ

เหตุใดความจุต่อพื้นที่จึงสำคัญ

ความจุต่อพื้นที่คือปริมาณประจุที่พื้นที่ขั้วไฟฟ้าหนึ่งหน่วยเก็บได้ และมีผลต่อปริมาณพลังงานที่บรรจุในเซลล์ได้โดยไม่ต้องเพิ่มขนาดทางกายภาพ ตัวเลขที่สูงขึ้นช่วยให้ใช้เซลล์ในแบตเตอรี่แพ็กน้อยลงเพื่อให้ได้พลังงานตามเป้าหมาย ซึ่งอาจทำให้การออกแบบแพ็กง่ายขึ้น ลดจำนวนสายไฟและขั้วต่อ และลดต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง สำหรับผู้ผลิตรถยนต์ การมีชิ้นส่วนน้อยลงยังช่วยลดน้ำหนักและเพิ่มความน่าเชื่อถือ เพราะมีจุดที่อาจเกิดความเสียหายน้อยลง

ผู้ขับขี่จะได้เห็นแบตเตอรี่เหล่านี้ในรถยนต์เมื่อใด

GAC วางแผนติดตั้งเซลล์ในรถทดสอบปี 2026 เพื่อตรวจสอบสมรรถนะ ความทนทาน และความปลอดภัยภายใต้สภาพการขับขี่จริง หากผลการทดสอบตรงกับที่คาดไว้จากห้องปฏิบัติการ บริษัทคาดว่าจะค่อย ๆ เพิ่มการผลิตจำนวนมากในช่วงปี 2027-2030 รถรุ่นแรกที่ติดตั้งแบตเตอรี่นี้น่าจะเป็นรถราคาสูงหรือผลิตจำนวนจำกัด ก่อนขยายไปยังรถรุ่นต่าง ๆ ในวงกว้างขึ้นเมื่อต้นทุนลดลงและมีอุปทานเพิ่มขึ้น แนวทางนี้สอดคล้องกับการนำเทคโนโลยีแบตเตอรี่รุ่นก่อน ๆ ออกสู่ตลาด

คำกล่าวอ้างเรื่องระยะทางวิ่งเกิน 1,000 กิโลเมตรจะดึงดูดความสนใจ ผู้ขับขี่ควรคำนึงถึงความแตกต่างของมาตรฐานทดสอบด้วย ประเด็นหลักคือการเปลี่ยนแปลงด้านสมรรถนะอย่างชัดเจน ความหนาแน่นพลังงานที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทำให้ผู้ผลิตรถยนต์เลือกได้ว่าจะเพิ่มระยะทางวิ่งโดยใช้แบตเตอรี่ขนาดเดิม หรือรักษาระยะทางวิ่งใกล้เคียงเดิมด้วยแบตเตอรี่แพ็กที่เล็กลง เบาขึ้น และราคาถูกลง ไม่ว่าจะเลือกแนวทางใด ก็ช่วยเพิ่มความคุ้มค่าและความสะดวกในการใช้รถยนต์ไฟฟ้าได้

จีนเร่งผลักดันเทคโนโลยีโซลิดสเตตสู่อุตสาหกรรม

ทางการจีนส่งสัญญาณสนับสนุนการพัฒนาแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมดอย่างรวดเร็ว โดยจัดตั้งแพลตฟอร์มนวัตกรรมความร่วมมือระดับชาติเพื่อประสานผู้จัดหาวัสดุ ผู้ผลิตแบตเตอรี่ และผู้ผลิตรถยนต์ในด้านแนวทางเทคนิค มาตรฐานความปลอดภัย และอุปกรณ์การผลิต นักวิเคราะห์ในจีนมองว่าตลาดเครื่องมือสำหรับผลิตเซลล์โซลิดสเตตกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว โดยคาดว่ายอดขายอุปกรณ์จะสูงถึงราว 2.5 พันล้านหยวนภายในปี 2027 และเติบโตเกิน 27 พันล้านหยวนภายในปี 2030 หากการนำเทคโนโลยีออกสู่ตลาดเป็นไปตามแผน การสนับสนุนนโยบาย การวิจัยที่ประสานงานกัน และฐานการผลิตในประเทศ ช่วยให้จีนได้เปรียบในวงจรการพัฒนาแบตเตอรี่ก่อนหน้านี้ และกำลังนำปัจจัยเดียวกันมาใช้กับเทคโนโลยีนี้

ใครบ้างที่กำลังแข่งขัน

ความสำเร็จครั้งนี้เป็นของ GAC แต่บริษัทจีนหลายแห่งก็กำลังพัฒนาควบคู่กันไป BYD กำลังทดสอบแบตเตอรี่โซลิดสเตตรุ่นแรกในสภาพการใช้งานจริง ซึ่งมีรายงานว่ามีความหนาแน่นพลังงานราว 400 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม โดยตั้งเป้าเริ่มผลิตนำร่องภายในปี 2027 และผสานเข้ากับรถยนต์ในวงกว้างขึ้นราวปี 2030 SAIC และ Qingtao ซึ่งเป็นพันธมิตร สร้างสายการผลิตหลักสำหรับโรงงานแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมดในเซี่ยงไฮ้เสร็จแล้ว Gotion High Tech มีสายการผลิตนำร่องและเริ่มทดสอบเซลล์โซลิดสเตตความหนาแน่นสูงบนถนนแล้ว ส่วน NIO นำแบตเตอรี่กึ่งโซลิดขนาด 150 กิโลวัตต์-ชั่วโมงมาใช้ผ่านพันธมิตร ซึ่งเป็นขั้นกลางที่ช่วยสร้างประสบการณ์ด้านการผสานเซลล์พลังงานสูงเข้ากับรถยนต์

นอกประเทศจีน Toyota และ Nissan กำลังสร้างสายการผลิตต้นแบบสำหรับเซลล์โซลิดสเตตทั้งหมดแบบลามิเนต โดยตั้งเป้าพัฒนาสู่ขั้นต่อไปในช่วงปลายทศวรรษ 2020 Samsung SDI และ LG Energy Solution ลงทุนด้านการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโซลิดสเตต รวมถึงโรงงานนำร่อง ส่วน Solid Power บริษัทในสหรัฐฯ กำลังขยายการผลิตอิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์ให้แก่พันธมิตร โครงการเหล่านี้ส่วนใหญ่ตั้งเป้าเริ่มใช้ในรถยนต์ช่วงปี 2027-2030 โดยปริมาณการผลิตจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในระยะต่อมา เมื่ออัตราผลผลิตจากการผลิตดีขึ้นและต้นทุนลดลง

ความท้าทายที่ยังต้องแก้ไข

การขยับจากสายการผลิตนำร่องไปสู่การผลิตเซลล์หลายล้านเซลล์ต่อปีเป็นเรื่องยาก อิเล็กโทรไลต์แข็งต้องนำไอออนได้ดี ขณะเดียวกันก็ต้องคงเสถียรภาพเมื่อสัมผัสกับขั้วไฟฟ้าตลอดการใช้งานหลายพันรอบ พื้นผิวสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรไลต์แข็งกับขั้วไฟฟ้าต้องแนบสนิท และต้องไม่เกิดชั้นที่เพิ่มความต้านทานระหว่างใช้งาน อิเล็กโทรไลต์แข็งบางชนิด โดยเฉพาะชนิดซัลไฟด์ ต้องควบคุมความชื้นอย่างเข้มงวดระหว่างการผลิต อัตราผลผลิต ซึ่งกำหนดจำนวนเซลล์ที่ได้มาตรฐานจากสายการผลิต ต้องเพิ่มขึ้นถึงระดับอุตสาหกรรมเพื่อช่วยลดต้นทุน

ห่วงโซ่อุปทานก็จะถูกทดสอบเช่นกัน จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรไลต์แข็งชนิดผงในปริมาณมาก รวมถึงลิเธียมโลหะหรือขั้วแอโนดที่มีซิลิคอนสูง เครื่องมือการผลิตตั้งแต่การผสม การอัด ไปจนถึงการเคลือบซ้อน ต้องรักษาค่าความคลาดเคลื่อนให้ต่ำขณะทำงานด้วยความเร็วสูง และต้องพัฒนากระบวนการรีไซเคิลวัสดุชนิดใหม่ การลงทุนเหล่านี้มีมูลค่าสูง ผู้ผลิตรถยนต์จึงมีแนวโน้มจำกัดการใช้งานในระยะแรกไว้กับรถรุ่นที่ระยะทางวิ่งไกลขึ้นหรือน้ำหนักที่ลดลงคุ้มค่ากับต้นทุนแบตเตอรี่ที่สูงกว่า

ผู้บริหารของ GAC ตั้งเป้าหมายชัดเจนว่าเซลล์แบตเตอรี่ควรให้สมรรถนะอย่างไรเมื่อนำไปใช้ในรถยนต์ ฉี หงจง หัวหน้าฝ่ายวิจัยและพัฒนาพลังงานใหม่ของสถาบันเทคโนโลยีแพลตฟอร์มขั้นสูงของ GAC อธิบายถึงการพัฒนาที่บริษัทต้องการให้เกิดขึ้น

ฉี หงจงกล่าวว่าเซลล์โซลิดสเตตรุ่นใหม่มีความหนาแน่นพลังงานเกือบเป็นสองเท่าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน และรถยนต์ที่วันนี้วิ่งได้เพียงกว่า 500 กิโลเมตรอาจวิ่งได้ไกลกว่า 1,000 กิโลเมตรเมื่อใช้เซลล์เหล่านี้

คำกล่าวนี้สะท้อนให้เห็นถึงศักยภาพ สิ่งที่ต้องทำต่อไปคือพิสูจน์ตัวเลขดังกล่าวในรถยนต์ที่ผลิตจริง ภายใต้สภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกัน ตลอดระยะเวลาการใช้งานหลายปี และด้วยต้นทุนที่ผู้ซื้อในวงกว้างเข้าถึงได้

รถยนต์ไฟฟ้าที่วิ่งได้ 1,000 กิโลเมตรจะเปลี่ยนอะไรให้ผู้ขับขี่และระบบไฟฟ้า

รถยนต์ไฟฟ้าที่วิ่งได้จริง 1,000 กิโลเมตรจะเปลี่ยนวิธีวางแผนการเดินทางของผู้คน ผู้ขับขี่จำนวนมากอาจชาร์จเพียงไม่กี่ครั้งต่อเดือน การเดินทางไกลผ่านพื้นที่ชนบทที่เคยต้องวางแผนอย่างรอบคอบจะเดินทางรวดเดียวได้ง่ายขึ้น ระยะทางวิ่งที่เพิ่มขึ้นยังเปิดโอกาสให้ผู้ผลิตรถยนต์ลดขนาดแบตเตอรี่แพ็กโดยไม่กระทบความสะดวก แบตเตอรี่แพ็กขนาดเล็กลงมีราคาถูกกว่า น้ำหนักเบากว่า และใช้วัตถุดิบน้อยกว่า แนวทางนี้จะช่วยให้ประโยชน์ของเซลล์โซลิดสเตตไปถึงรถยนต์ราคาทั่วไปได้เร็วขึ้น

เครือข่ายสถานีชาร์จยังคงมีความสำคัญ แม้เซลล์จะมีความหนาแน่นพลังงานสูงก็ยังต้องชาร์จเร็วเพื่อให้การเดินทางไกลสะดวก โครงสร้างพื้นฐานของจีนกำลังพัฒนาไปสู่สถานีที่ชาร์จได้เร็วขึ้น โดยระบบระดับเมกะวัตต์รุ่นใหม่เริ่มให้บริการสำหรับรถยนต์รุ่นถัดไปแล้ว แบตเตอรี่โซลิดสเตตที่รองรับอัตราการชาร์จสูงขึ้นโดยใช้การจัดการความร้อนไม่มาก อาจช่วยลดเวลาหยุดชาร์จและลดภาระต่อแบตเตอรี่ ประสิทธิภาพและเสถียรภาพระดับเซลล์ที่ดีขึ้นยังช่วยเพิ่มคุณค่าของการยกระดับเครือข่ายเหล่านี้

สรุปประเด็นสำคัญ

• GAC สร้างสายการผลิตเซลล์แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าแบบโซลิดสเตตทั้งหมดขนาดใหญ่แห่งแรกของจีนเสร็จแล้ว โดยเซลล์มีความจุมากกว่า 60 Ah และเริ่มผลิตในปริมาณน้อย
• สายการผลิตรายงานความจุต่อพื้นที่สูงสุด 7.7 mAh/cm2 และตั้งเป้าความหนาแน่นพลังงานเกือบเป็นสองเท่าของเซลล์ลิเธียมไอออนในปัจจุบัน
• มีแผนทดสอบติดตั้งในรถยนต์ปี 2026 และค่อย ๆ เพิ่มการผลิตจำนวนมากในช่วงปี 2027-2030
• ระยะทางวิ่ง 1,000 กิโลเมตรตามมาตรฐาน CLTC เทียบได้กับราว 400-465 ไมล์เมื่อประเมินตามเกณฑ์การใช้งานจริงที่เข้มงวดกว่า
• กระบวนการผลิตขั้วแอโนดแบบแห้งรวมหลายขั้นตอนเข้าด้วยกัน ช่วยลดเวลาและการใช้พลังงาน และอาจลดต้นทุน
• จีนจัดตั้งแพลตฟอร์มความร่วมมือระดับชาติเพื่อเร่งการนำเทคโนโลยีออกสู่ตลาด และคาดว่ายอดขายอุปกรณ์สำหรับสายการผลิตโซลิดสเตตจะเติบโตอย่างรวดเร็วจนถึงปี 2030
• BYD, SAIC, Gotion และ NIO กำลังพัฒนาโครงการในจีน ส่วน Toyota, Nissan, Samsung SDI, LG Energy Solution และ Solid Power ขับเคลื่อนการพัฒนาในต่างประเทศ
• การขยายการผลิตต้องแก้ปัญหาอัตราผลผลิต พื้นผิวสัมผัสที่มีเสถียรภาพ ห่วงโซ่อุปทานอิเล็กโทรไลต์แข็งและขั้วแอโนด รวมถึงพิสูจน์ความทนทานในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย