หลักพื้นฐานของแผ่นทองแดงในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

หนึ่งในโลหะที่สำคัญที่สุดของโลกคือทองแดง หากปราศจากทองแดง เราจะไม่สามารถทำสิ่งต่างๆ ที่เรามองข้ามไปได้ เช่น การเปิดไฟหรือดูโทรทัศน์ ทองแดงเป็นเส้นเลือดใหญ่ที่ทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้ หากปราศจากทองแดง เราจะไม่สามารถเดินทางด้วยรถยนต์ได้ การสื่อสารโทรคมนาคมจะหยุดทำงาน และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็จะทำงานไม่ได้เลยหากปราศจากทองแดง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้โลหะ เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียม เพื่อสร้างประจุไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแต่ละก้อนมีขั้วบวกกราไฟต์และขั้วลบโลหะออกไซด์ และใช้อิเล็กโทรไลต์ที่ได้รับการปกป้องด้วยแผ่นกั้น การชาร์จแบตเตอรี่จะทำให้ลิเธียมไอออนไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์และสะสมที่ขั้วบวกกราไฟต์พร้อมกับอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านจุดเชื่อมต่อ การถอดปลั๊กแบตเตอรี่จะส่งไอออนกลับไปยังตำแหน่งเดิมและบังคับให้อิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า แบตเตอรี่จะหมดลงเมื่อลิเธียมไอออนและอิเล็กตรอนทั้งหมดกลับสู่ขั้วลบ

แล้วทองแดงมีบทบาทอย่างไรกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน? กราไฟต์จะหลอมรวมกับทองแดงเมื่อสร้างขั้วบวก ทองแดงมีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งเป็นกระบวนการทางเคมีที่อิเล็กตรอนของธาตุหนึ่งสูญเสียไปจากอีกธาตุหนึ่ง ทำให้เกิดการกัดกร่อน การเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นเมื่อสารเคมีและออกซิเจนทำปฏิกิริยากับธาตุนั้น เช่นเดียวกับเหล็กที่สัมผัสกับน้ำและออกซิเจนจนเกิดสนิม ทองแดงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนโดยพื้นฐาน

แผ่นทองแดงส่วนใหญ่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เพราะไม่มีข้อจำกัดเรื่องขนาด คุณสามารถมีแบตเตอรี่ขนาดยาวและบางได้ตามต้องการ ทองแดงมีคุณสมบัติเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าที่ทรงพลังโดยธรรมชาติ แต่ยังช่วยให้กระจายกระแสไฟฟ้าได้อย่างทั่วถึงและสม่ำเสมออีกด้วย

แผ่นทองแดงมีสองประเภท ได้แก่ แบบม้วนและแบบอิเล็กโทรไลต์ แผ่นทองแดงแบบม้วนโดยทั่วไปจะใช้สำหรับงานฝีมือและงานออกแบบทุกประเภท แผ่นทองแดงผลิตขึ้นโดยกระบวนการให้ความร้อนและกดลงด้วยไม้คลึงแป้ง ส่วนการผลิตแผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์นั้น เทคโนโลยีที่ใช้ค่อนข้างซับซ้อน เริ่มต้นด้วยการละลายทองแดงคุณภาพสูงในกรด ซึ่งจะได้อิเล็กโทรไลต์ทองแดงที่สามารถเติมลงในทองแดงได้ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการชุบด้วยไฟฟ้า ในกระบวนการนี้ จะใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อเติมอิเล็กโทรไลต์ทองแดงลงในแผ่นทองแดงในถังหมุนที่มีประจุไฟฟ้า

ฟอยล์ทองแดงก็มีข้อเสียเช่นกัน ฟอยล์ทองแดงอาจบิดงอได้ หากเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ขึ้น การสะสมและการกระจายพลังงานอาจได้รับผลกระทบอย่างมาก ยิ่งไปกว่านั้น ฟอยล์ทองแดงยังอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอก เช่น สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า พลังงานไมโครเวฟ และความร้อนสูง ปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของฟอยล์ทองแดงช้าลงหรืออาจถึงขั้นทำลายได้ ด่างและกรดอื่นๆ สามารถกัดกร่อนประสิทธิภาพของฟอยล์ทองแดงได้ นี่คือเหตุผลที่บริษัทต่างๆ เช่นซิเวนโลหะสร้างผลิตภัณฑ์แผ่นทองแดงได้หลากหลายประเภท

พวกเขามีแผ่นทองแดงหุ้มฉนวนที่ช่วยป้องกันความร้อนและการรบกวนรูปแบบอื่นๆ พวกเขาผลิตแผ่นทองแดงสำหรับผลิตภัณฑ์เฉพาะ เช่น แผงวงจรพิมพ์ (PCB) และแผงวงจรแบบยืดหยุ่น (FCB) โดยธรรมชาติแล้ว พวกเขาผลิตแผ่นทองแดงสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรถยนต์ที่ใช้เป็นพลังงานขับเคลื่อนมอเตอร์เหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์เหนี่ยวนำที่ Tesla ผลิต มอเตอร์เหนี่ยวนำมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่าและมีประสิทธิภาพที่ดีกว่า มอเตอร์เหนี่ยวนำเคยถูกมองว่าไม่สามารถทำได้ เนื่องจากความต้องการพลังงานที่ยังไม่มีในขณะนั้น แต่ Tesla สามารถทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้นได้โดยใช้เซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่ละเซลล์ประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแยกแต่ละก้อน ซึ่งทั้งหมดมีแผ่นทองแดง

ความต้องการแผ่นทองแดงเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก ตลาดแผ่นทองแดงสร้างรายได้มากกว่า 7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2562 และคาดว่าจะสร้างรายได้มากกว่า 8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2569 สาเหตุนี้เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมยานยนต์ที่มีแนวโน้มจะเปลี่ยนจากเครื่องยนต์สันดาปภายในมาเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมยานยนต์จะไม่ใช่อุตสาหกรรมเดียวที่ได้รับผลกระทบ เนื่องจากคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ก็ใช้แผ่นทองแดงเช่นกัน สิ่งนี้จะช่วยรับประกันว่าราคาของแผ่นทองแดงจะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไปในทศวรรษหน้า

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการจดสิทธิบัตรครั้งแรกในปี พ.ศ. 2519 และผลิตเชิงพาณิชย์จำนวนมากในปี พ.ศ. 2534 ต่อมาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความนิยมมากขึ้นและได้รับการปรับปรุงพัฒนาอย่างมาก เมื่อพิจารณาถึงการใช้งานในรถยนต์แล้ว ย่อมกล่าวได้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกนำมาใช้ประโยชน์อื่นๆ ในโลกที่พึ่งพาพลังงานเชื้อเพลิง เนื่องจากสามารถชาร์จซ้ำได้และมีประสิทธิภาพมากกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออนาคตของพลังงาน แต่หากปราศจากแผ่นทองแดงแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะไร้ค่า