แบตเตอรี่ทนการกัดกร่อน สายนิกเกิล

แบตเตอรี่ทนต่อการกัดกร่อนแถบนิกเกิล: การบำบัดผิวแบบพาสซิเวชัน, การป้องกันการเกิดออกซิเดชันในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น, การยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

คำศัพท์หลักและกลไกการทำงานหลัก

• แถบนิกเกิลสำหรับแบตเตอรี่ทนต่อการกัดกร่อน: คำจำกัดความของผลิตภัณฑ์หลัก หมายถึง แถบนิกเกิล (โดยทั่วไปคือนิกเกิลบริสุทธิ์สูง 99.95% ขึ้นไป หรือโลหะผสมนิกเกิล) ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยการบำบัดป้องกันการกัดกร่อน—ซึ่งแตกต่างจาก แถบนิกเกิล มาตรฐาน ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นหรือรุนแรง แถบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาการนำไฟฟ้าที่เสถียรและบูรณภาพโครงสร้างในชุดแบตเตอรี่ (เช่น แบตเตอรี่ EV, ระบบจัดเก็บพลังงาน, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา) ที่สัมผัสกับความชื้น เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาว
• การบำบัดผิวแบบพาสซิเวชัน: กระบวนการป้องกันการกัดกร่อนที่สำคัญซึ่งก่อตัวเป็น ฟิล์มป้องกันบาง, หนาแน่น และเฉื่อย บนพื้นผิวแถบนิกเกิล ซึ่งแตกต่างจากการเคลือบชั่วคราว (เช่น สารป้องกันชนิดน้ำมัน) พาสซิเวชันสร้างพันธะทางเคมีกับพื้นผิวนิกเกิล ส่งผลให้เกิดฟิล์มที่:
  • องค์ประกอบ: ส่วนใหญ่ประกอบด้วยนิกเกิลออกไซด์ (NiO, Ni₂O₃) และผลพลอยได้จากสารพาสซิเวเตอร์ (เช่น โครเมต, ฟอสเฟต หรือซิลิเกต ขึ้นอยู่กับวิธีการพาสซิเวชัน) สำหรับการใช้งานแบตเตอรี่ (ซึ่งความเข้ากันได้ของอิเล็กโทรไลต์เป็นสิ่งสำคัญ)  การพาสซิเวชันแบบปราศจากโครเมต (เช่น การพาสซิเวชันด้วยฟอสเฟต) มักใช้เพื่อหลีกเลี่ยงสารพิษที่รั่วไหลเข้าไปในแบตเตอรี่
  • ความหนา: บางเฉียบ (20–100 nm) ทำให้มั่นใจได้ว่าจะไม่เพิ่มความต้านทานสัมผัสหรือรบกวนการเชื่อม (ข้อกำหนดหลักสำหรับการเชื่อมต่อแบตเตอรี่)
  • การยึดเกาะ: ยึดติดกับพื้นผิวนิกเกิลสูง ทนต่อการลอกหรือการสึกหรอระหว่างการประกอบแบตเตอรี่ (เช่น การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง การดัดงอ) หรือการใช้งานในระยะยาว
• การป้องกันการเกิดออกซิเดชันในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น: สภาพที่มีความชื้น (เช่น ใต้ท้องรถ EV ที่สัมผัสกับฝน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาที่ใช้ในเขตร้อน ระบบจัดเก็บพลังงานในคลังสินค้าที่ชื้น) เร่งการเกิดออกซิเดชันของนิกเกิล: นิกเกิลมาตรฐานทำปฏิกิริยากับความชื้นและออกซิเจนเพื่อสร้างเกล็ดนิกเกิลออกไซด์ (NiO) ที่หลวมและมีรูพรุน ซึ่งเพิ่มความต้านทานสัมผัสและแม้กระทั่งหลุดออกเพื่อปนเปื้อนอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ ฟิล์มพาสซิเวชันแก้ไขปัญหานี้โดย:
  • ทำหน้าที่เป็น สิ่งกีดขวาง ระหว่างนิกเกิลและความชื้น/ออกซิเจนภายนอก ปิดกั้นปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ต้นกำเนิด
  • การรักษาตัวเอง (ในขอบเขตจำกัด): หากฟิล์มมีรอยขีดข่วนเล็กน้อย (เช่น ระหว่างการประกอบ) นิกเกิลที่สัมผัสจะทำปฏิกิริยากับสารพาสซิเวเตอร์ที่เหลืออยู่หรือออกซิเจนในอากาศเพื่อสร้างชั้นป้องกันบางๆ ขึ้นมาใหม่ ป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติม
    แม้ในความชื้นสัมพัทธ์ 85% (RH) และ 85°C (มาตรฐานการทดสอบสภาพแวดล้อมของแบตเตอรี่ทั่วไป) แถบนิกเกิลแบบพาสซิเวชันแสดงให้เห็น 5% สำหรับแถบที่ไม่ผ่านการพาสซิเวชัน
• การยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่: การกัดกร่อนของ แถบนิกเกิล เป็นสาเหตุหลักของการทำงานผิดพลาดก่อนเวลาอันควรของชุดแบตเตอรี่ เนื่องจากนำไปสู่ปัญหาสำคัญสองประการ:
  1. การสูญเสียกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น: เกล็ดออกไซด์หรือผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนเพิ่มความต้านทานสัมผัสระหว่าง แถบนิกเกิล และแท็บเซลล์แบตเตอรี่ ทำให้เกิดความร้อนจูลที่สูงขึ้น (การสูญเสียพลังงาน) และลดประสิทธิภาพการชาร์จ/การคายประจุ เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้สามารถลดความจุที่ใช้งานได้ของแบตเตอรี่ลง 10–20%
  2. ความล้มเหลวของโครงสร้าง: การกัดกร่อนทำให้อายุการใช้งานของแถบนิกเกิลลดลง ทำให้เกิดรอยร้าวหรือแตกภายใต้การสั่นสะเทือน (เช่น การขับขี่ EV) หรือภาระแบบวงจร (การชาร์จ/การคายประจุ) สิ่งนี้ส่งผลให้เซลล์ขาดการเชื่อมต่ออย่างกะทันหัน นำไปสู่การปิดระบบ PACK หรือแม้แต่การหลุดออกทางความร้อน (หากอนุภาคจากการกัดกร่อนที่หลวมทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร)
     ด้วยการป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน แถบนิกเกิลแบบพาสซิเวชันจะรักษาความต้านทานสัมผัสต่ำและบูรณภาพโครงสร้าง ยืดอายุการใช้งานที่มีประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ออกไป 20–30% (เช่น จาก 1,000 รอบการชาร์จเป็น 1,200–1,300 รอบสำหรับแบตเตอรี่ EV)

วิธีการพาสซิเวชันทั่วไปสำหรับแถบนิกเกิลแบตเตอรี่

ข้อดีเพิ่มเติมสำหรับชุดแบตเตอรี่

1. ปรับปรุงการเชื่อม: ฟิล์มพาสซิเวชันบางๆ ไม่รบกวนการเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงหรือเลเซอร์—ซึ่งแตกต่างจากการเคลือบหนา (เช่น การชุบด้วยไฟฟ้า) จะระเหยอย่างรวดเร็วระหว่างการเชื่อม ทำให้มั่นใจได้ถึงพันธะที่แข็งแรงและมีความต้านทานต่ำระหว่างแถบและแท็บเซลล์
2. ลดการปนเปื้อนของอิเล็กโทรไลต์: พาสซิเวชันป้องกันไม่ให้เกล็ดนิกเกิลออกไซด์หลุดเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ ซึ่งอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของอิเล็กโทรไลต์ (เช่น การก่อตัวของเดนไดรต์ลิเธียม) และไฟฟ้าลัดวงจร
3. ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ: ด้วยการรักษาพื้นผิวที่สะอาดและมีความต้านทานต่ำ แถบแบบพาสซิเวชันช่วยให้มั่นใจได้ถึงการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าที่เสถียรแม้ในสภาพที่มีความชื้น หลีกเลี่ยงแรงดันไฟฟ้าตกหรือสัญญาณรบกวนในระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

สถานการณ์การใช้งานทั่วไป

• EV และรถยนต์ไฮบริด: ชุดแบตเตอรี่ที่ติดตั้งในใต้ท้องรถ (สัมผัสกับฝน เกลือบนถนน และความชื้น) หรือช่องเครื่องยนต์ (ความชื้นสูง + ความผันผวนของอุณหภูมิ)
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคแบบพกพา: สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และอุปกรณ์สวมใส่ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น (เช่น ยิม เขตร้อน) หรือมีแนวโน้มที่จะสัมผัสกับน้ำโดยไม่ได้ตั้งใจ
• การจัดเก็บพลังงานกลางแจ้ง: แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด ระบบไฟสำรองสำหรับพื้นที่ห่างไกล (สัมผัสกับฝน น้ำค้าง และความชื้นสูง)
• อุปกรณ์ทางทะเลและใต้น้ำ: โดรนใต้น้ำ เซ็นเซอร์ทางทะเล หรือแบตเตอรี่เรือ (ทนต่อความชื้นและกัดกร่อนของน้ำเค็ม)