แบตเตอรี่แมงกานีสคือกุญแจสำคัญของรถยนต์ไฟฟ้าราคาถูกหรือไม่?

LMFP เป็นสะพานเชื่อมที่สัญญาว่าจะปิดช่องว่างด้านความหนาแน่นพลังงานระหว่าง LFP กับ NMC ในขณะที่ยังคงความปลอดภัยและราคาถูกของ LFP เอาไว้
LMFP เป็นสะพานเชื่อมที่สัญญาว่าจะปิดช่องว่างด้านความหนาแน่นพลังงานระหว่าง LFP กับ NMC ในขณะที่ยังคงความปลอดภัยและราคาถูกของ LFP เอาไว้

แชร์หน้านี้

แบตเตอรี่ LMFP ไม่ใช่กุญแจสำคัญเพียงลำพังของรถยนต์ไฟฟ้าราคาถูก แต่อาจเป็นชิ้นส่วนที่ขาดหายไปก็ได้: แคโทดลิเธียมแมงกานีสเหล็กฟอสเฟต หรือ LMFP สัญญาว่าจะเพิ่มความหนาแน่นพลังงานราว 15-20% ในขณะที่ยังคงต้นทุนต่ำและความปลอดภัยของ LFP เอาไว้ กล่าวคือ มันยืนอยู่เหมือนสะพานที่จะเชื่อมช่องว่างระหว่าง LFP กับ NMC ที่ใช้นิกเกิลเป็นฐาน คำถามก็คือ: สะพานนี้จะสร้างได้จริงหรือไม่ หรือเป็นเพียงคำสัญญาในห้องแล็บอีกเช่นเคย?

สิ่งที่น่าจับตา

  • ความหนาแน่นพลังงานสูงสุดของเซลล์ LMFP อยู่ที่ 230 Wh/kg ค่านี้ใน LFP อยู่ที่ 170 Wh/kg ส่วนใน NMC อยู่ที่ 350 Wh/kg
  • แรงดันทำงานเพิ่มขึ้นจากระดับ 3.2 V ของ LFP เป็นระดับ 3.7 V - นี่คือที่มาของพลังงานที่ได้เพิ่มขึ้น
  • อายุการใช้งานแบบวงจรสั้นกว่า LFP แต่ยาวกว่า NMC โดยอยู่ที่ 2,000-3,000 รอบ
  • LMFP ถูกประกาศครั้งแรกในฐานะทายาทเมื่อ ปี 2014 การผลิตจริงยังคงก้าวไปอย่างค่อยเป็นค่อยไป
  • ไม่มีโคบอลต์และนิกเกิล โปรไฟล์ด้านต้นทุนและความปลอดภัยใกล้เคียงกับ LFP

แมงกานีสทำหน้าที่อะไรในแบตเตอรี่?

เริ่มจากพื้นฐานกันก่อน เพราะเรื่องราวทั้งหมดของ LMFP ซ่อนอยู่หลังตัวอักษรเพียงตัวเดียว: คือ M. LMFP ย่อมาจากลิเธียมแมงกานีสเหล็กฟอสเฟต โดยมีสูตรเป็น LiMnxFe(1-x)PO4 ฟังดูน่ากลัวแต่หลักการง่ายมาก มันคงโครงสร้างผลึกโอลิวีนของ LFP ที่เรารู้จักดีไว้เช่นเดิม เพียงแค่เปลี่ยนเหล็กบางส่วนในแคโทดด้วยแมงกานีส เปรียบเทียบได้กับสูตรอาหาร: สูตรเค้กเหมือนเดิม แต่คุณเปลี่ยนช็อกโกแลตชิ้นบางส่วนเป็นเฮเซลนัท เค้กก็ยังเป็นเค้กเหมือนเดิม แต่บางด้านเปลี่ยนไป

สิ่งที่เปลี่ยนไป และนี่คือจุดสำคัญที่สุด คือแรงดัน แมงกานีสมีศักย์ไฟฟ้ารีดอกซ์ที่สูงกว่าเหล็ก ด้วยเหตุนี้แรงดันทำงานของเซลล์จึงเพิ่มจากระดับ 3.2 V ใน LFP ขึ้นไปราว 3.7 V ความหนาแน่นพลังงาน หมายถึงความจุคูณแรงดัน เมื่อแรงดันสูงขึ้นในขณะที่ความจุเกือบเท่าเดิม พลังงานที่ได้เพิ่มขึ้นก็มาฟรี ๆ - อย่างน้อยในทางทฤษฎี อัตราส่วนการแทนที่เหล็กบางส่วนด้วยแมงกานีสเป็นพารามิเตอร์ที่ใส่เข้าไปในเซลล์ระหว่างการผลิต มันคือตัวเคมีเอง ไม่ใช่สิ่งที่จะปรับด้วยสกรูบนแพ็กเกจได้

LFP, LMFP, NMC: ตัวเลขบอกอะไรเราจริง ๆ?

เพื่อทำความเข้าใจคำสัญญา จำเป็นต้องมองตารางที่เคมีทั้งสามวางเรียงกัน นี่คือผลการเปรียบเทียบอย่างชัดเจน:

คุณสมบัติLFPLMFPNMC
ความจุแคโทดเชิงทฤษฎี170 mAh/g170 mAh/g280 mAh/g
ความหนาแน่นพลังงานสูงสุดของเซลล์170 Wh/kg230 Wh/kg350 Wh/kg
แรงดันทำงาน3.2 V3.7 V3.7 V
อายุการใช้งานแบบวงจร2,000-6,0002,000-3,000800-2,000
การนำไฟฟ้า (S/cm)10^-910^-1310^-3
ความปลอดภัยสูงสูงปานกลาง
ต้นทุนต่ำต่ำสูง

แถวที่โดดเด่นที่สุดในตารางนี้ในความเห็นของผมคือการนำไฟฟ้า การนำไฟฟ้าของ LMFP ต่ำกว่าไม่เพียงแค่ NMC แต่ต่ำกว่าแม้แต่ LFP ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของมันเอง กล่าวคือ ขณะที่แมงกานีสมอบพลังงานให้เรา มันก็นำปัญหาที่ขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้ามาด้วย ค่าจากโลกแห่งความจริงก็ยืนยันตารางนี้เช่นกัน: เซลล์ LFP กำลังการผลิตสูงในปี 2026 อยู่ในช่วง 160-210 Wh/kg เซลล์ที่มีนิกเกิลสูงอยู่ในช่วง 240-300 Wh/kg ในขณะที่ LMFP มาอยู่ในช่วง 160-200 Wh/kg ช่องว่างระหว่างเพดานทางทฤษฎีกับผลลัพธ์ในทางปฏิบัตินี้ คือเรื่องราวที่เก่าแก่ที่สุดของโลกแบตเตอรี่

เคมีแต่ละแบบล้วนมีจุดอ่อน: ปัญหาของ LMFP มีอะไรบ้าง?

Manganezin elektrolitte çözünerek hücreyi yıpratması, nano katotlar ve katkilama sayesinde 2.000 şarj çevrimini aşan ömürlere yenilgiye uğratıldı.

ระยะห่างระหว่างคำสัญญากับความจริงเปิดออกตรงนี้เอง เบื้องหลังการนำไฟฟ้าต่ำของ LMFP มีปัญหาเชิงโครงสร้างที่เรียกว่า Jahn-Teller และ polaron distortion ซึ่งทำให้จลนพลศาสตร์ของขั้วไฟฟ้าช้าลง พูดให้เข้าใจง่ายก็คือ: อิเล็กตรอนและไอออนต้องเดินแทนที่จะวิ่งภายในเซลล์ ซึ่งกระทบต่อประสิทธิภาพการชาร์จเร็วและกำลัง ปัญหาที่สองคือการแยกตัวของแมงกานีสและการละลายลงในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งทำให้เซลล์เสื่อมสภาพตามเวลาและอาจทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

แล้ววิศวกรทำอะไรบ้าง? คลังแสงแห่งการแก้ปัญหายังเต็มเปี่ยม:

  • วัสดุแคโทดระดับนาโน - ยิ่งอนุภาคเล็กลง เส้นทางยิ่งสั้นลง
  • การเคลือบคาร์บอน - วิธีคลาสสิกที่เพิ่มการนำไฟฟ้า
  • การเติมสารเจือด้วยธาตุต่างๆ เช่น Mg, Ti, Nb, Zr, Al
  • การเคลือบผิวเซรามิกและการลดขนาดอนุภาค

ด้วยการปรับปรุงเหล่านี้ มีการประเมินว่าอายุการใช้งานรอบไซเคิลสูงเกิน 2,000 รอบ และเทคโนโลยีนี้ได้ก้าวเข้าสู่เส้นทางการใช้งานจริงแล้ว เซลล์ชนิด pouch ในอัตราส่วน 80:20 ที่ผลิตจากวัสดุ LMFP จากโรงงานนำร่องในอังกฤษ สามารถรักษาความจุเดิมไว้ได้มากกว่า 80% หลังผ่าน 1,000 รอบไซเคิล และความหนาแน่นพลังงานที่สูงกว่า LFP ได้รับการยืนยันในการทดสอบ นี่คือสัญญาณที่ให้ความหวังอย่างแท้จริง

แต่ยังมีปัญหาเรื่องสมดุลอีกอย่าง ที่เป็นสมดุลทางเคมี ยิ่งใส่แมงกานีสมากเท่าไหร่ ความหนาแน่นพลังงานยิ่งเพิ่มมากขึ้นเท่านั้น แต่ในทางกลับกัน เสถียรภาพและความสามารถในการชาร์จเร็วที่เหล็กให้มากลับลดลง เหมือนเรื่องของวัตถุดิบพิซซ่าเลย: วัตถุดิบเสริมทุกอย่างที่คุณโรยเพิ่มลงไปมอบอะไรบางอย่าง แต่ก็เพิ่มภาระที่แป้งต้องแบกไว้ด้วย ด้วยเหตุนี้ผู้ผลิตจึงพยายามหาอัตราส่วนแมงกานีสที่เหมาะสมที่สุด ในขณะที่บางรายพยายามผสม LMFP กับ NMC เพื่อรวมข้อดีของเคมีทั้งสองแบบเข้าด้วยกัน

คำสัญญากับปฏิทินตรงกันหรือไม่? มาดูสถานะการผลิตกัน

ตอนนี้เรามาถึงส่วนที่ต้องตั้งคำถามมากที่สุด เพราะประวัติศาสตร์ของ LMFP สอนเราว่า: เทคโนโลยีนี้ไม่ใช่ของใหม่ Wang Chuanfu ผู้ก่อตั้ง BYD เคยประกาศในปี 2014 ว่าได้พัฒนาเทคโนโลยีนี้ในฐานะผู้สืบทอดของ LFP และในปี 2017 แม้จะมีนโยบายอุดหนุนของจีนที่ให้รางวัลกับความหนาแน่นพลังงาน แต่ก็ไม่สามารถเข้าสู่ตลาดได้ กล่าวคือคำสัญญานี้อยู่บนโต๊ะมาแล้วอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษ

แนวรับการผลิตแบบอนุกรมก็ยังภาพไม่ชัดเจน ในปี 2023 CALB ในจีนประกาศแบตเตอรี่ LMFP ที่อ้างรัศมีวิ่งได้ 1,000 กม. พร้อมวางแผนเริ่มการผลิตแบบอนุกรมในปีถัดไป ขณะที่ความพยายามอื่นๆ ส่วนใหญ่ในตอนนั้นยังอยู่ในขั้นตอนต้นแบบ บริษัทจีนครองการผลิต LFP ระดับโลกถึง 90% และตั้งแต่ปี 2022 เป็นต้นมาได้เร่งความพยายามในการผลิต LMFP แบบอนุกรม มีข่าวว่าแบตเตอรี่ LMFP รุ่นแรกๆ เพื่อการใช้งานเชิงพาณิชย์เริ่มถูกนำมาใช้แล้ว ข่าวลือว่า CATL ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้เล่นหลักจะเริ่มผลิต LMFP แบบอุตสาหกรรมภายในปีนี้

แต่อีกด้านของเหรียญก็คือ: บริษัทผู้ผลิตโซลูชันแบตเตอรี่สำหรับอุตสาหกรรมระบุชัดเจนว่า LMFP ยังไม่ใช่เคมีที่พัฒนาถึงขั้นผลิตจริงสำหรับตลาดอุตสาหกรรมในวันนี้ และไม่มีสัญญาณของการปฏิวัติครั้งใหญ่ในเร็ววันนี้ แนวทางของบริษัทก็แน่นหนาดี: ไม่ยอมรับเคมีใหม่ใดๆ จนกว่าการทดสอบด้านความปลอดภัยและการใช้งานจริง รวมถึงการทดสอบการหลุดรอนความร้อนและการแพร่กระจายจะเสร็จสมบูรณ์ ข้อมูลที่น่าตกใจยิ่งกว่านั้นก็คือ: ในปี 2025 กำลังการผลิตกว่า 50 GWh ของ LG Energy Solution และ Ford ถูกเปลี่ยนจาก NMC ไปเป็น LFP นั่นคือการลงทุนหลักของอุตสาหกรรมยังคงอยู่ที่ LFP ไม่ใช่ LMFP ดูเหมือนว่าทางเลือกที่แท้จริงจะอยู่ตรงที่เงินไหลไป

และยังมีการคาดการณ์ที่โอ้อวดจากรายงานตลาดอีกด้วย: เช่น การคาดการณ์ว่าตลาด LMFP จะเติบโตจากระดับ 277 ล้านดอลลาร์ในปี 2026 ไปสู่หลายแสนล้านดอลลาร์ในปี 2035 ด้วยอัตราการเติบโตต่อปี 129.3% พูดตรงๆ กันเถอะ: เมื่อผมเห็นกราฟแบบฟุ้งเวอร์ๆ แบบนี้ ผมมักจะรับประทานเกลือแน่นอน มีการวาดกราฟที่พุ่งทะยานสู่ดวงดาวแบบเดียวกันนี้มาแล้วสำหรับเคมีแบตเตอรี่ใหม่ทุกชนิด; และบ่อยครั้งผลลัพธ์กลับเป็นเพียงการปรับปรุงแบบทีละน้อย แทนที่จะเป็นการปฏิวัติที่สัญญาไว้ ในเรื่องของแบตเตอรี่โซลิดสเตตก็เกิดความตึงเครียดระหว่างคำสัญญากับความเป็นจริงแบบนี้เช่นกัน และการวิเคราะห์ LMFP ก็ควรทำในกรอบเดียวกันนี้

ความจริงเรื่องระยะทาง: รถราคาถูกจะได้กิโลเมตรที่มากขึ้นจริงหรือ?

ถึงตาคำถามที่ใช้งานจริงที่สุดแล้ว วันนี้ LFP ครองตลาดรุ่นราคาประหยัดที่มีระยะทาง 300-500 กม. ในขณะที่ NMC อยู่ในรุ่นระดับกลางถึงสูงที่มีระยะทาง 400-700 กม. LMFP ถูกออกแบบมาเพื่อให้ระยะทางอยู่ระหว่างสองระดับนี้พอดี และคาดว่าพื้นที่การใช้งานหลักจะเป็นรถยนต์ไฟฟ้าระดับกลาง มีการประเมินต่างๆ เช่น การได้กำลังเพิ่มขึ้น 10-20% เมื่อเทียบกับ LFP ความสามารถด้านระยะทาง 250-300 ไมล์ และการปรับปรุงการชาร์จเร็ว; ในการทดสอบภาคสนามของผู้ผลิตรายหนึ่ง รายงานว่าความหนาแน่นพลังงานเพิ่มขึ้น 20% และการรักษาความจุ 92% ที่อัตราการคายประจุ 5C แต่ต้องระบุด้วยว่า: สิ่งเหล่านี้เป็นข้ออ้างจากฝ่ายผู้ผลิต และการยืนยันอย่างเป็นอิสระยังไม่ชัดเจน เราเคยได้ยินข้ออ้างแบบนี้มาก่อนแล้ว ใช่ไหม?

ด้านการจัดการความร้อนถือว่าข่าวเป็นไปในทางที่ดี LMFP อาศัยโครงสร้างโอลิวีนแบบเดียวกับ LFP และพันธะฟอสฟอรัส-ออกซิเจนที่แข็งแรง; ขณะที่เกณฑ์การหลุดรอนความร้อนของ LFP อยู่ที่ประมาณ 270 °C LMFP ก็ถูกจัดอยู่ในระดับความปลอดภัยสูง ทั้งสองปลอดภัยกว่า NMC อย่างชัดเจน ยิ่งไปกว่านั้น LMFP ไม่มีโคบอลต์และนิกเกิล; แต่ใช้ธาตุที่หาง่ายอย่างเหล็ก แมงกานีส และฟอสฟอรัส สิ่งนี้ช่วยลดต้นทุน ลดความเสี่ยงด้านห่วงโซ่อุปทาน และเปิดโอกาสให้รักษาความได้เปรียบด้านราคาในตลาดที่แพ็กเกจ LFP ถูกกว่า NMC กว่า 40% ต่อ kWh ในปี 2025

คำตัดสิน: สะพานเชื่อม หรืออีกหนึ่งคำสัญญาลมๆ?

สำหรับผู้มองการณ์ดี LMFP คือเคมีแบบสะพานเชื่อมที่มีต้นทุนใกล้เคียง LFP รักษาความปลอดภัยในระดับเดียวกัน และเติมเต็มช่องว่างระหว่าง NMC กับ LFP; แรงผลักดันการผลิตจริงในประเทศจีนก็สนับสนุนสิ่งนี้เช่นกัน แต่สำหรับผู้ระมัดระวัง สถานการณ์เป็นอีกเรื่อง: เทคโนโลยีนี้เป็นวิวัฒนาการที่น่าสนใจ แต่ก่อนที่จะได้รับการยอมรับในระดับอุตสาหกรรม จำเป็นต้องพิสูจน์ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือเสียก่อน; ในสภาพปัจจุบันยังไม่สามารถมองเป็นทางแก้แบบไม่มีข้อแลกเปลี่ยนได้ และยังไม่มีสัญญาณของการปฏิวัติใดๆ

การตีความของฉันคือ: LMFP น่าจะเป็นกุญแจสำคัญ แต่ไม่ใช่ตัวเดียวในตัวมันเอง การผสมผสานระหว่างต้นทุนต่ำกับระยะทางที่ยาวขึ้น คือสมการที่ยากที่สุดของยานยนต์ไฟฟ้ามาจนถึงทุกวันนี้ และ LMFP เป็นคำตอบที่สมเหตุสมผลสำหรับสมการนี้ อย่างไรก็ตาม ตารางเวลาที่ล่าช้ามาเป็นสิบปี ปัญหาทางวิศวกรรมที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างการนำไฟฟ้าต่ำ และที่เงินลงทุนของอุตสาหกรรมยังคงไหลไปที่ LFP ล้วนสอนให้เราต้องระมัดระวัง ในความคิดของฉัน สถานการณ์ที่สมจริงที่สุดคือ: LMFP จะไม่มาแทนที่ LFP; แต่จะถูกเพิ่มเข้ามาเคียงข้างมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรถยนต์ระดับกลางแบบค่อยเป็นค่อยไป ไม่ใช่การปฏิวัติ แต่เป็นวิวัฒนาการ - ดั่งแบตเตอรี่รุ่นใหม่ทุกรุ่นในอุตสาหกรรมนี้

แล้วคุณล่ะ คิดว่าอย่างไร - ระยะทางที่มากขึ้น 20% ในรถยนต์ไฟฟ้าระดับกลาง จะทำให้คุณเลิกพึ่งปั๊มน้ำมันได้ทั้งหมดหรือไม่ หรือคุณจะรอดูส่วนต่างราคาก่อน? มาพบกันที่ช่องความคิดเห็นนะ

แหล่งอ้างอิง