เปิดใจ รศ.ดร.เชรษฐา รัตนพันธ์ “ผู้บุกเบิกแบตเตอรี่กราฟีนในเมืองไทย” กับอนาคตการป้อนสู่อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ EV

เทรนด์รถยนต์ไฟฟ้ากำลังมาแรงอยู่ในขณะนี้ ได้ก่อให้เกิดการลงทุนในอุตสาหกรรม EV ครบวงจร ทั้งในส่วนของโรงงานผลิตรถยนต์ไฟฟ้า โรงงานผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ไฟฟ้า ตลอดจนโรงงานผลิตแบตเตอรี่ ที่กำลังมีการขับเคลื่อนการลงทุนกันอย่างคึกคักอยู่ในขณะนี้

การลงทุนในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามีความน่าสนใจอย่างยิ่งเพราะเป็นหัวใจสำคัญของธุรกิจนี้ ทั้งยังมีมูลค่าสูงถึง 60% ของราคารถ จะว่าไปแล้วถ้าผู้ประการรายใดผลิตหรือจัดหาแบตเตอรี่คุณภาพสูงได้ในต้นทุนต่ำที่สุดย่อมสามารถกำชัยชนะในตลาดรถยนต์พลังงานสะอาดเอาไว้ในมือได้ในระดับหนึ่ง

ณ เวลานี้ ปฏิเสธไม่ได้ว่าแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนได้รับการยอมรับสูงในฐานะแหล่งพลังงานที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง มีน้ำหนักเบา เป็นเซลล์ชนิดแห้ง อายุการใช้งานยาวนาน ให้พลังงานสูง การใช้งานมีความเสถียร และชาร์จได้เร็ว ส่งผลให้ถนนการลงทุนในแบตเตอรี่อีวีแทบทุกสายมุ่งสู่ลิเทียม

ขณะที่กลุ่มทุนขนาดใหญ่กำลังเร่งขับเคลื่อนการลงทุนสร้างโรงงานแบตเตอรี่ลิเทียม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.) ได้มีการลงนาม MoA ร่วมกับ บริษัท ซัน วิชั่น เทคโนโลยี จำกัด ผลักดันเทคโนโลยีแบตเตอรี่กราฟีน (Graphene) สู่การผลิตในเชิงอุตสาหกรรมเพื่อรองรับการเติบโตของอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าในอนาคตสำหรับประเทศไทย

“แบตเตอรี่กราฟีน” อาจจะค่อนข้างใหม่ในประเทศไทย แต่ในความเป็นจริงแล้วได้เริ่มมีการใช้ในรถยนต์ไฟฟ้ามาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2559 ถึงขั้นผลิตรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่กราฟีนออกขายเลยทีเดียว กราฟีนมีจุดเด่นคือกักเก็บประจุไฟฟ้าได้มากขึ้น อัตราอัดประจุเร็วกว่าเดิม ราคาถูก ไม่ระเบิด มีความปลอดภัยในการใช้งาน มีประสิทธิภาพสูง และราคาย่อมเยา

อย่างไรก็ตาม การผลักดันเทคโนโลยีแบตเตอรี่กราฟีนสู่การผลิตในเชิงอุตสาหกรรม EV ของ สจล.และ ซัน วิชั่น เทคโนโลยีครั้งนี้ นอกจากความมั่นใจในคุณภาพแล้ว ยังเป็นความอีกความภาคภูมิใจ เพราะวัสดุกราฟีนได้มีการพัฒนาโดยฝีมือคนไทยตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำ อีกทั้งยังใช้วัตถุดิบภายในประเทศอีกด้วย

นักวิจัยไทยที่สามารถผลิตกราฟีนโดยสามารถสร้างโรงงานต้นแบบผลิตกราฟีนระดับอุตสาหกรรมแห่งแรกได้ในประเทศไทย คือทีมนักวิจัยของ สจล. ที่มี รศ.ดร.เชรษฐา รัตนพันธ์ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (KMITL) เป็นหัวหน้าทีมวิจัย สามารถคว้ารางวัลการวิจัยแห่งชาติปี 2566 ในด้านการพัฒนาต้นแบบตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าจากวัสดุกราฟีนสำหรับใช้กับยานยนต์ไฟฟ้ามาแล้ว

ถึงตรงนี้หลายคนอาจสงสัยว่า กราฟีนคืออะไร? การผลักดันแบตเตอรี่กราฟีนสู่อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าในครั้งนี้ จะนำไปสู่จุดหมายปลายทางได้อย่างไร รศ.ดร.เชรษฐา รัตนพันธ์ มีคำตอบ...

                                                รศ.ดร.เชรษฐา รัตนพันธ์ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบีนเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (KMITL)หัวหน้าทีมวิจัยกราฟีน

กราฟีนคืออะไร? ทำไมถึงนำมาผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าได้

กราฟีนคือชั้นอะตอมของคาร์บอนที่เรียงตัวต่อกันเป็นโครงสร้าง 6 เหลี่ยม (Hexagonal) มีความโดดเด่นด้วยคุณสมบัติพิเศษหลายด้าน มีความบาง 1 ชั้นอะตอม มีความแข็งแกร่งกว่าเพชรและเหล็กกล้าถึง 200 เท่า มีน้ำหนักเบา โครงสร้างตัวกราฟีนนำไฟฟ้าได้ดี นำความร้อนดี เป็นวัสดุนาโนที่บางมาก เหมาะในการเก็บประจุต่างๆ ทำแบตเตอรี่ และสามารถ นำไปประยุกต์ใช้ได้อีกหลายอย่าง

การพัฒนาแบตเตอรี่กราฟีนของลาดกระบังในปัจจุบันไปถึงขั้นไหนแล้ว

ลาดกระบังมีเครื่องผลิตอนุพันธ์กราฟีนได้ในระดับอุตสาหกรรม คือ กราฟีนออกไซด์ กับ รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ โดยขอเรียกแบบย่อๆ ว่า “กราฟีน”  ซึ่งได้มีการพัฒนาตั้งแต่เครื่องต้นแบบ จนถึงปัจจุบันมี โรงงานต้นแบบผลิตกราฟีนในระดับอุตสาหกรรม ตั้งอยู่ภายในสถาบัน เป็นเครื่องจักรใหญ่มีกำลังผลิตได้ที่ 10 - 15 กิโลกรัมต่อเดือน โดยกราฟีนที่ผลิตได้มีทั้งแบบลักษณะเป็นผงและแบบกระจายตัวในน้ำ ID

จริงๆ แล้วการผลิตกราฟีน นั้นสามารถผลิตกันได้จากหลายๆแลบวิจัย แต่เรามีโรงงานต้นแบบสามารถผลิตกราฟีนได้ปริมาณมากในระดับอุตสาหกรรม จึงสามารถผลิตกราฟีนได้ในปริมาณมาก เพียงพอในการพัฒนานวัตกรรมใหม่ๆได้  เมื่อสามารถผลิตกราฟีนได้มากแล้ว ก็ได้มาพิจารณากันต่อว่าไป สามารถนำกราฟีนมาพัฒนาเป็นนวัตกรรมอะไรได้บ้าง

ปริมาณที่ผลิตได้เพียงพอต่อการนำไปผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าหรือไม่

วัตถุดิบที่นำมาผลิตกราฟีน แบบในแบบ สจล. นั้น ใช้กราไฟต์ เป็นวัสดุตั้งต้นในการผลิตกราฟีน โดยกราไฟต์มีราคาขายในตลาดอยู่ประมาณ 30-3,000 บาท/กก. แต่เมื่อผ่านกระบวนการผลิตได้เป็นกราฟีนแล้วราคาจะสูงขึ้น เป็นกิโลกรัมละล้านกว่าบาท  ในการนำกราฟีนมาผลิตเป็นแบตเตอรี่นั้นจะใช้ผงกราฟีนไม่กี่กรัมเพื่อผสมกับสารอื่นๆ ทั่วไปที่เป็นสารประกอบสำหรับทำแบตเตอรี่ ในการใช้กราฟีนที่ปริมาณ 1 กก. สามารถผลิตแบตเตอรี่ได้ที่หลักพัน ถึงหมื่นลูกเลยที่เดียว สำหรับการผลิตแบตเตอรี่กราฟีนในแบบ สจล. นั้น จะไม่มีส่วนผสมของลิเทียม

ดังนั้นเมื่อ สจล. สามารถคิดค้นเครื่องจักรผลิตกราฟีนที่ผลิตในระดับอุตสาหกรรม ที่ผลิตกราฟีนได้เป็นจำนวนมากๆ สำเร็จแล้วจึงเป็นที่มาของการพัฒนาต่อยอดไปสู่อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ต่อไป

กราฟีนที่ผลิตได้สามารถนำไปผลิตเป็นแบตเตอรี่ได้คุณภาพประมาณไหน

แบตเตอรี่กราฟีนที่พัฒนาได้นั้น ณ จุดเริ่มต้นจะมีคุณภาพสูงกว่าแบตเตอรี่ชนิดตะกั่ว แต่ยังไม่ถึงระดับลิเทียม ซึ่งถือเป็นแบตเตอรี่กราฟีนรุ่นแรกขอเรา เพราะเราอยู่ในช่วงต้นของการพัฒนา ซึ่งเราต้องมีการพัฒนา เรียนรู้ และสร้างความชำนาญขึ้นไปอีก เพื่อการพัฒนาแบตเตอรี่กราฟีนรุ่นต่อไปที่มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นไปอีก ซึ่งเราต้องขอโอกาสให้ทีมวิจัยของลาดกระบังได้เริ่มต้นทำงาน และได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องต่อไป ในอนาคตต้องไปได้ไกลกว่านี้แน่นอน

แบตเตอรี่กราฟีนที่สจล.ผลิตได้ในปัจจุบันสามารถนำไปใช้กับอุตสาหกรรมใดได้บ้าง

เหมาะสำหรับใช้กักเก็บพลังงาน เป็นเอนเนอร์จีสตอเรจในอุตสาหกรรมโซลาร์ ซึ่งปัจจุบันความต้องการของตลาดตรงนี้มีเยอะมาก ตัวอย่างเช่น การผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์ บางทีไฟฟ้าผลิตได้เกิน ได้มากกว่าที่ขายไฟฟ้าได้ ซึ่งไฟฟ้าผลิตได้เกินก็ต้องทิ้งไฟฟ้าไปฟรีๆ ทำให้มีความต้องการใช้แบตเตอรี่มาเก็บไฟฟ้าส่วนเกินนั้นไว้ แล้วนำไปขายในเวลาตอนกลางคืนได้ นี้เป็นตัวอย่างที่สามารถใช้แบตเตอรี่กราฟีนเราได้ ซึ่งถ้าใช้แบตเตอรี่แบบอื่นราคาก็อาจสูงได้ ทำให้ต้นทุนค่าไฟสูงขึ้นไปอีก

การร่วมกับ “บริษัท ซัน วิชั่น เทคโนโลยี” ต้องการผลักดันเทคโนโลยีแบตเตอรี่กราฟีนสู่การผลิตในเชิงอุตสาหกรรมใดบ้าง

บริษัท ซัน วิชั่น เทคโนโลยีจะตั้งบริษัทใหม่ชื่อ คือ ซันแบตเตอรี่กราฟีน โดยขออนุญาตใช้สิทธิ์จากสจล.เพื่อขยายผลในเชิงพาณิชย์  จะจัดหาเครื่องจักรและสร้างโรงงานงานต้นแบบผลิตแบตเตอรี่กราฟีน ตั้งขึ้นภายใน สจล. ขนาดกำลังการผลิตของเครื่องจักรขนาด 5 MWh/ปี ประมาณกลางปีนี้ จากนั้น ประมาณต้นปีหน้า จะจัดสร้างโรงงานผลิตแบตเตอรี่กราฟีน ขนาดเครื่องจักรขนาด 1 GWh/ปี ในพื้นที่เขต EEC  ต่อไป ซึ่งถือเป็นเฟสแรกที่ลงทุนสำหรับผลิตแบตเตอรี่ โดยจะผลิตแบตเตอรี่มาใช้เป็นเอนเนอร์จีสตอเรจ เพราะเป็นแบตฯที่วางอยู่กับที่ ไม่ต้องกังวลเรื่องน้ำหนักและระยะทางในการขับขี่เหมือนแบตเตอรี่รถยนต์

 เครื่องจักรผลิตกราฟีนได้มาจากไหน?

เครื่องจักรผลิตกราฟีนที่ใช้อยู่ถูกออกแบบโดยนักอาจารย์จากคณะวิทยาศาสตร์ สจล. โดยเราพัฒนาขึ้นมาเอง ตรงนี้คือความภูมิใจของลาดกระบัง เครื่องจักรแบบ สจล.  นี้ไม่มีจำหน่ายในต่างประเทศ โดยโมเดลของลาดกระบังที่คิดค้นนั้นเป็นแบบที่ไม่เหมือนใคร จริงๆที่อื่นๆก็อาจจะมีเครื่องผลิตกราฟีนได้ แต่ก็ไม่น่าเป็นโมเดลแบบของลาดกระบัง

หลักการทำงานของเครื่องจักรผลิตกราฟีนของลาดกระบังเป็นอย่างไร

เครื่องจักรผลิตกราฟีนของเราใช้วัสดุตั้งต้นเป็นกราไฟต์  นำมาทำปฏิกิริยากับสารเคมีอีกหลายตัว เพื่อให้เกิดการอ่อนแรงระหว่างชั้นของกราไฟต์ จากนั้นก็ใช้แรงเชิงกลพลังงานสูง เพื่อทำให้หลุดออกเป็นแผ่นกราฟีน  ได้เป็นแผ่นกราฟีน ซึ่งก็คือ กราฟีนออกไซด์  และสามารถทำให้เป็นรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ได้

เครื่องเวอร์ชั่นแรกของเรามีขนาดเล็กตั้งอยู่ในตึก  ส่วนเครื่องเวอร์ชั่นที่ 3 เป็นเครื่องขนาดใหญ่อยู่ภายในอาคารเดี่ยว ๆ ที่ถูกเราเรียกว่า  “โรงงานต้นแบบผลิตอนุพันธ์กราฟีนระบบอัตโนมัติในระดับอุตสาหกรรม” โดยเป็นเครื่องผลิตในระดับต้นแบบอุตสาหกรรม ได้สร้างแล้วเสร็จเรียบร้อยเมื่อ 2 ปีที่แล้ว

ส่วนในเฟสถัดไปเป็นการสร้างโรงงานต้นแบบผลิตแบตเตอรี่กราฟีน เพราะเราผลิตกราฟีนในปริมาณมากแล้ว และราคาผลิตกราฟีนของเราก็ถูกกว่าการนำเข้าจากต่างประเทศมาก จึงเป็นเหตุผลที่เราต้องทำการผลิตแบตเตอรี่กราฟีนในเฟสถัดไปได้

ส่วนของแบตเตอรี่รถยนต์จะเริ่มดำเนินการเมื่อไหร่

ต้องรอให้การผลิตแบตเตอรี่สำหรับเอนเนอร์จีสตอเรจเดินหน้าไปก่อน ส่วนของการพัฒนาเป็นแบตเตอรี่รถยนต์จะเป็นเฟสที่สอง น่าจะใช้เวลาอีกไม่นานมาก เพื่อการการพัฒนาสูตรที่เหมาะสมต่อไป โดยในการวิจัยพัฒนาจะมีการทดลองกันหลายๆ สูตร เพื่อค้นหาและปรับปรุงให้ได้สูตรที่ดีที่สุด สำหรับนำไปผลิตแบตเตอรี่กราฟีนสำหรับรถยนต์ต่อไป  เพื่อพัฒนาเป็นแบตเตอรี่รถยนต์ต่อไปในอนาคต คาดว่าสามารถผลิตทั้งขบวนการ ซึ่งผลิตภายในประเทศได้ตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำ คาดว่าราคาน่าจะถูกลงได้เนื่องกราฟีนไม่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ช่วยลดต้นในการผลิตลงได้ค่อนข้างมาก

ขณะนี้มีคนสนใจแบตเตอรี่กราฟีนสำหรับรถยนต์มากน้อยแค่ไหน

ถ้าเป็นกลุ่มผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้ามีคนสนใจเยอะอยู่แล้ว แต่วันนี้เราต้องการนักลงทุนที่ลงทุนตั้งโรงงานก่อน เมื่อเสร็จเรียบร้อย กลุ่มผู้ใช้งาน เช่น มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า ยานยนต์ไฟฟ้า โฟล์คลิฟท์ไฟฟ้า และรถกอล์ฟ ก็จะเป็นกลุ่มถัดไป

คงต้องขอกำลังใจจากทุกๆ คน ทีมวิจัยของลาดกระบัง ได้เริ่มต้นการพัฒนาแล้ว คาดว่าในอนาคตก็จะพัฒนาแบตเตอรี่ที่ดีที่สุดออกมาได้ ซึ่งต้องขอเวลาและและกำลังใจ ให้เราทำการพัฒนาได้อย่างต่อเนื่อง เมื่อสำเร็จแล้วก็จะเป็นนวัตกรรมของคนไทย

รศ.ดร.เชรษฐา รัตนพันธ์ และทีมวิจัยกราฟีน

        เคทู-กราฟีน (K2-GRAPHENE)