แบตเตอรี่ Li-Ion, Ni-MH และ Ni-Cd คืออะไร ? ต่างกันอย่างไร ?

ความต่างของแบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้

ในยุคที่อุปกรณ์ส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้มันพกพาได้ มันจึงต้องอาศัยพลังงานจากแบตเตอรี่แทนการเสียบปลั๊ก โดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนใหญ่ในปัจจุบันนี้ก็จะนิยมใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้เพื่อความสะดวกในการใช้งานของผู้ใช้ ไม่จำเป็นต้องซื้อถ่านมาเปลี่ยนบ่อย ๆ ซึ่งแบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้นั้นก็มีหลายแบบรูปแบบ หลายขนาด 

ในบทความนี้เราอยากจะมาเจาะจงในเรื่องประเภทของถ่านชาร์จ ซึ่งที่นิยมใช้งานกันในปัจจุบันนี้ ก็จะมี แบตเตอรี่แบบ Ni-Cd (Nickel-Cadmium), Ni-MH (Nickel-Metal Hydride) และ Li-Ion (Lithium Ion) ซึ่งแบตเตอรี่ทั้งสามประเภทนี้ มันแตกต่างกันอย่างไร ? เรามาหาคำตอบกัน

แบตเตอรี่ Ni-Cd คืออะไร ? (What is Ni-Cd Battery ?)

ภาพจาก : https://www.ledwatcher.com/battery-types-used-in-portable-and-solar-lighting/

แบตเตอรี่แบบ นิกเกิล–แคดเมียม (Nickel-Cadmium หรือ NiCad / Ni-Cd) ได้ถูกคิดค้นขึ้นมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1899 (พ.ศ. 2442) มีจุดเด่นในด้านความถึก สามารถทำงานได้แม้ว่าอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย ไม่ว่าจะภายใต้อุณหภูมิเย็นจัด หรือร้อนจัดก็ตาม นอกจากนี้ มันยังมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าแบตเตอรี่แบบ Ni-MH และ Li-Ion สามารถชาร์จซ้ำใหม่ได้หลายครั้งประมาณ 700 - 100 รอบการชาร์จ (Charge Cycle)

แต่แบตเตอรี่แบบ Nickel-Cadmium มีข้อเสียที่เรียกว่า "Memory Effect" โดย Memory Effect หมายถึงการที่แบตเตอรี่ไม่ถูกชาร์จจนเต็ม 100% แล้วหยุดชาร์จไปเสียก่อน สมมติว่าหยุดที่ 80% จากนั้นความจุของแบตเตอรี่จะถูกจำค่าไว้เท่านั้น แปลว่าในการชาร์จครั้งถัดไป เราก็จะชาร์จแบตเตอรี่ได้สูงสุดที่ 80% เท่านั้น และหากเกิดเหตุการณ์นี้ซ้ำขึ้นอีก ความจุของแบตเตอรี่ก็จะลดลงเรื่อย ๆ แม้จะมีวิธีคาริเบตให้กลับไปเป็น 100% ได้ แต่ก็จะสูญเสียรอบ (Life Cycle) ไปประมาณ 3 รอบ ต่อการคาริเบตหนึ่งครั้ง

อย่างไรก็ตาม มีรายงานที่ระบุว่า Memory Effect นั้น ไม่ใช่เรื่องที่ต้องให้ความสำคัญ เพราะมันไม่ได้เกิดขึ้นง่ายขนาดนั้น เป็นไปได้ยากในการใช้งานแบบปกติ โดยรายงานฉบับดังกล่าวระบุว่า Memory Effect จะเกิดขึ้นได้ต่อเมื่ออยู่ในสถานการณ์ดังต่อไปนี้

• แบตเตอรี่จะต้องถูกใช้จนเหลือความจุแค่เพียง 25% 
• หลังจากถูกชาร์จแบตเตอรี่จนเต็ม 100% เป๊ะ จะต้องหยุดชาร์จในทันที
• ต้องทำซ้ำข้อ 1 และข้อ 2 หลายร้อยครั้ง

แบตเตอรี่ Ni-MH คืออะไร ? (What is Ni-MH Battery ?)

ภาพจาก : https://www.ledwatcher.com/battery-types-used-in-portable-and-solar-lighting/

แบตเตอรี่แบบนิเกิล-เมทัล-ไฮไดรด์ (Nickel Metal Hydride หรือ Ni-MH) ได้ถูกคิดค้นขึ้นมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1967 (พ.ศ. 2510) แต่กว่าจะจดสิทธิบัตรก็ปี ค.ศ. 1986 (พ.ศ. 2529) และเริ่มวางจำหน่ายได้ในปี ค.ศ. 1989 (พ.ศ. 2532) โดยแบตเตอรี่แบบ Ni-MH นั้นมีคุณสมบัติด้านความจุที่สูงกว่า NiCD และไม่มีปัญหาด้าน Memory Effect 

ด้านการทำงานก็สามารถใช้ที่อุณหภูมิ -30 - 70 องศาเซลเซียส ได้อย่างไม่มีปัญหา อย่างไรก็ตาม หากเทียบกับ NiCD แล้ว ตัวแบตเตอรี่แบบ Ni-MH จะมีรอบชาร์จที่น้อยกว่าโดยอยู่ที่ 500-800 รอบเท่านั้น และมีอัตราการคลายประจุที่ไวกว่าด้วย อยู่ที่ประมาณ 30-50% ต่อเดือนเลยทีเดียว ข้อเสียอีกอย่างคือ มันเสื่อมสภาพได้ง่ายกว่าแบตเตอรี่ประเภทอื่น ๆ ด้วย

แต่ด้วยความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ, ราคา และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า ทำให้แบตเตอรี่แบบ Ni-MH ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก และอุปกรณ์แบบพกพา ที่เราสามารถพบเห็นมันได้บ่อย ๆ ก็คือในถ่านชาร์จขนาด AA 

ภาพจาก : https://www.amazon.com/Rechargeable-Battery-1200mAh-Batteries-Candles/dp/B0BB5Y4FFG

​​​​​​​แบตเตอรี่ Li-Ion คืออะไร ? (What is Li-Ion Battery ?)

ภาพจาก : https://www.ledwatcher.com/battery-types-used-in-portable-and-solar-lighting/

สำหรับ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Lithium Ion หรือ Li-Ion) ได้ถูกคิดค้นขึ้นมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1965 (พ.ศ. 2508) โดยทาง NASA ได้เป็นผู้เริ่มต้นพัฒนามันขึ้นมา แต่กว่าจะมีขายในเชิงพาณิชย์ในท้องตลาดก็ปี ค.ศ. 1991 (พ.ศ. 2534) เลยทีเดียว โดย Sony เป็นผู้ผลิตรายแรกที่วางจำหน่ายแบตเตอรี่ชนิดนี้

Li-Ion นั้นมีข้อดีกว่าแบตเตอรี่แบบ NiCad และ Ni-MH โดยในพื้นที่เท่ากันมันสามารถจุไฟได้มากกว่า ทำให้มันเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานจากแบตเตอรี่ นอกจากนี้ มันยังไม่มีปัญหา Memory Effect แบบที่ NiCad เป็นอีกด้วย อายุขัยของแบตเตอรี่แบบ Li-Ion จะอยู่ที่ประมาณ 700 - 950 รอบ (Life Cycle) ในส่วนของการคลายประจุก็ทำได้ดีที่สุดเช่น อยู่ที่เพียง 2-8% ต่อเดือนเท่านั้น ด้านสิ่งแวดล้อมก็เป็นมิตรเนื่องจากไม่มีสารที่สามารถปนเปื้อนในน้ำได้ สามารถกล่าวได้ว่าแบตเตอรี่แบบ Li-Ion นั้นมีแต่ข้อดีกว่าแบตเตอรี่แบบเดิมแทบทุกด้าน

ในส่วนของข้อเสีย แบตเตอรี่แบบ Li-Ion ก็มีข้อเสียด้านความบอบบาง มีความทนทานต่ออุณหภูมิที่เลวร้ายได้น้อยกว่าแบตเตอรี่ประเภทอื่น ๆ โดยในทางทฤษฎีจะอยู่ที่ -20 - 60 องศาเซลเซียส

ความปลอดภัยก็เป็นอีกหนึ่งเรื่องที่สร้างความน่ากังวล โดยแบตเตอรี่แบบ Li-Ion จะทำงานโดยใช้วงจรไฟฟ้าในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าทั้งขาเข้า และขาออก ถ้าหากวงจรที่ว่าทำงานผิดพลาด หรือหยุดทำงาน จะส่งผลให้แบตเตอรี่เกิดติดไฟขึ้นมาได้ อีกหนึ่งความเสี่ยงคือน้ำ เพราะมันสามารถก่อให้เกิดปรากฏการณ์ตัวออกซิไดซ์จนระเบิดได้

แต่ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องกังวลเรื่องความปลอดภัยของมันมากขนาดนั้น เพราะแบตเตอรี่ Li-Ion ในปัจจุบันได้รับการพัฒนาจนมีความปลอดภัยสูงมาก ซึ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่วางจำหน่ายในปัจจุบันนี้ ส่วนใหญ่ก็เลือกใช้แบตเตอรี่แบบ Li-Ion กันหมดแล้ว

อนึ่ง แบตเตอรี่แบบ Li-Ion ยังมีการแบ่งย่อยออกไปอีกหลายชนิด เช่น Li-Polymer, Li-Cobalt, Li-Manganese, Li-Phosphate, Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC) ฯลฯ

ภาพจาก : https://www.amazon.com/Batteries-Rechargeable-ECO-Friendly-Recyclable-Effect%EF%BC%88Green/dp/B079JFK22D

ตารางเปรียบเทียบ Li-Ion, Ni-MH และ NiCad