หลักพื้นฐานของแผ่นทองแดงในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ทองแดงเป็นโลหะที่จำเป็นที่สุดชนิดหนึ่งของโลก หากไม่มีทองแดง เราก็ไม่สามารถทำสิ่งต่างๆ ที่เราเคยมองข้ามได้ เช่น การเปิดไฟหรือดูทีวี ทองแดงเป็นเส้นเลือดที่ทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้ ถ้าไม่มีทองแดง เราก็จะไม่สามารถเดินทางด้วยรถยนต์ได้ การสื่อสารโทรคมนาคมก็จะหยุดทำงาน และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็จะทำงานไม่ได้เลยหากไม่มีทองแดง

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้โลหะ เช่น ทองแดงและอลูมิเนียม เพื่อสร้างประจุไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแต่ละก้อนจะมีขั้วบวกกราไฟต์ ขั้วลบโลหะออกไซด์ และใช้สารอิเล็กโทรไลต์ที่ได้รับการปกป้องด้วยตัวคั่น การชาร์จแบตเตอรี่จะทำให้ไอออนลิเธียมไหลผ่านสารอิเล็กโทรไลต์และสะสมที่ขั้วบวกกราไฟต์พร้อมกับอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านการเชื่อมต่อ การถอดปลั๊กแบตเตอรี่จะส่งไอออนกลับไปยังที่เดิมและบังคับให้อิเล็กตรอนผ่านวงจรเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า แบตเตอรี่จะหมดลงเมื่อไอออนลิเธียมและอิเล็กตรอนทั้งหมดกลับไปที่ขั้วลบ

ทองแดงมีบทบาทอย่างไรกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน? กราไฟต์จะหลอมรวมกับทองแดงเมื่อสร้างขั้วบวก ทองแดงต้านทานการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งเป็นกระบวนการทางเคมีที่อิเล็กตรอนของธาตุหนึ่งสูญเสียไปให้กับอีกธาตุหนึ่ง ทำให้เกิดการกัดกร่อน การเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นเมื่อสารเคมีและออกซิเจนทำปฏิกิริยากับธาตุหนึ่ง เช่น เหล็กที่สัมผัสกับน้ำและออกซิเจนทำให้เกิดสนิม ทองแดงมีภูมิคุ้มกันต่อการกัดกร่อนโดยพื้นฐาน

แผ่นทองแดงใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นหลัก เนื่องจากไม่มีข้อจำกัดเรื่องขนาด คุณสามารถมีแบตเตอรี่ได้นานเท่าที่ต้องการและบางเท่าที่ต้องการ ทองแดงเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าที่ทรงพลังโดยธรรมชาติ แต่ยังช่วยให้กระจายกระแสไฟฟ้าได้ดีและสม่ำเสมออีกด้วย

แผ่นทองแดงมีอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ แบบม้วนและแบบอิเล็กโทรไลต์ แผ่นทองแดงแบบม้วนพื้นฐานใช้สำหรับงานฝีมือและการออกแบบทุกประเภท โดยผลิตขึ้นโดยใช้ความร้อนในขณะที่รีดด้วยไม้คลึงแป้ง การสร้างแผ่นทองแดงแบบอิเล็กโทรไลต์นั้นสามารถนำไปใช้ในเทคโนโลยีได้ โดยจะซับซ้อนกว่าเล็กน้อย โดยเริ่มจากการละลายทองแดงคุณภาพสูงในกรด ซึ่งจะได้ทองแดงอิเล็กโทรไลต์ที่สามารถเติมลงในทองแดงได้โดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการชุบด้วยไฟฟ้า ในกระบวนการนี้ จะใช้ไฟฟ้าในการเติมทองแดงอิเล็กโทรไลต์ลงในแผ่นทองแดงในถังหมุนที่มีประจุไฟฟ้า

แผ่นทองแดงก็มีข้อบกพร่องเช่นกัน แผ่นทองแดงอาจบิดงอได้ หากเกิดขึ้น การสะสมและการกระจายพลังงานอาจได้รับผลกระทบอย่างมาก นอกจากนี้ แผ่นทองแดงยังอาจได้รับผลกระทบจากแหล่งภายนอก เช่น สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า พลังงานไมโครเวฟ และความร้อนสูง ปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้ความสามารถในการทำงานของแผ่นทองแดงช้าลงหรืออาจถึงขั้นทำลายได้ ด่างและกรดอื่นๆ สามารถกัดกร่อนประสิทธิภาพของแผ่นทองแดงได้ นี่คือเหตุผลที่บริษัทต่างๆ เช่นซิเวนโลหะสร้างผลิตภัณฑ์แผ่นทองแดงได้หลากหลายประเภท

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

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังกลายเป็นบรรทัดฐานมากขึ้น โดยเฉพาะในรถยนต์ที่ใช้พลังงานในการขับเคลื่อนมอเตอร์เหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์เหนี่ยวนำที่ผลิตโดย Tesla มอเตอร์เหนี่ยวนำมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้น้อยกว่าและมีประสิทธิภาพที่ดีกว่า มอเตอร์เหนี่ยวนำถือว่าไม่สามารถทำได้เนื่องจากความต้องการพลังงานที่ไม่มีในขณะนั้น Tesla สามารถทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้นได้โดยใช้เซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เซลล์แต่ละเซลล์ประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแต่ละก้อน ซึ่งทั้งหมดมีแผ่นทองแดง

ความต้องการแผ่นทองแดงเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก ตลาดแผ่นทองแดงทำเงินได้มากกว่า 7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2019 และคาดว่าจะทำเงินได้มากกว่า 8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2026 เนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมยานยนต์ที่มีแนวโน้มจะเปลี่ยนจากเครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม ยานยนต์จะไม่ใช่เพียงอุตสาหกรรมเดียวที่ได้รับผลกระทบ เนื่องจากคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ก็ใช้แผ่นทองแดงเช่นกัน ซึ่งจะทำให้มั่นใจได้ว่าราคาจะคงที่แผ่นทองแดงจะยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในทศวรรษหน้า

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการจดสิทธิบัตรครั้งแรกในปี 1976 และผลิตเป็นจำนวนมากในเชิงพาณิชย์ในปี 1991 ในปีต่อๆ มา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความนิยมมากขึ้นและได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมาก เมื่อพิจารณาจากการใช้งานในรถยนต์แล้ว อาจกล่าวได้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะนำไปใช้ประโยชน์อื่นๆ ได้อีกในโลกที่พึ่งพาพลังงานเชื้อเพลิง เนื่องจากสามารถชาร์จซ้ำได้และมีประสิทธิภาพมากขึ้น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออนาคตของพลังงาน แต่หากไม่มีแผ่นทองแดงก็ไม่มีอะไรเหลืออยู่เลย