top of page
ค้นหา
  • รูปภาพนักเขียนNet Zero Techup

♻️ เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้ามีกี่ประเภท เเละเซลล์เชื้อเพลิงทำงานอย่างไร

อัปเดตเมื่อ 5 มี.ค. 2566


🚩 เปิดเเล้ว! สถานีไฮโดรเจนแห่งแรกในไทย


4 ยักษ์ใหญ่ “PTT–OR–TOYOTA–BIG” ผนึกกำลังร่วมเปิดสถานีนำร่องทดลองใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Electric Vehicle: FCEV) แห่งแรกของประเทศไทย (Hydrogen Station) ณ อ.บางละมุง จ.ชลบุรี โดยการนำรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง รุ่นมิไร (Mirai) ของโตโยต้า มาทดสอบการใช้งานในประเทศไทย ให้บริการในรูปแบบรถรับส่งระหว่างสนามบินอู่ตะเภา จ.ชลบุรี สำหรับนักท่องเที่ยวและผู้โดยสารในพื้นที่พัทยา - ชลบุรี และพื้นที่ใกล้เคียง โดยจะทำการเก็บข้อมูลเชิงเทคนิคที่ได้จากการใช้งานจริง เพื่อสร้างการรับรู้และเป็นข้อมูลรองรับการขยายผลใช้งานในอนาคต


ไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพ เหมาะสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง (FCEV) ถือเป็นกุญแจสำคัญที่ช่วยให้โลกบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutrality) และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ (Net Zero Emissions) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ


🚩 เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า มีกี่ประเภท


ยานยนต์ไฟฟ้า หมายถึงยานยนต์ที่มีการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว หรือยานยนต์ที่อาศัยเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในมาใช้ร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้าทั้งในส่วนของการขับเคลื่อนและผลิตพลังงานไฟฟ้าเก็บสะสมในแบตเตอรี่ หรือเทคโนโลยีการใช้ก๊าซไฮโดรเจนในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิง เพื่อมาเป็นต้นกำลังในการขับเคลื่อน ก็ถือว่าเป็นยานยนต์ไฟฟ้าด้วย ดังนั้นจึงสามารถได้แบ่ง ยานยนต์ไฟฟ้าได้เป็น 4 ประเภท


1. ยานยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (Hybrid electric vehicle, HEV)

ประกอบด้วยเครื่องยนต์ลูกสูบเป็นต้นกำลังในการขับเคลื่อนหลัก ซึ่งใช้เชื้อเพลิงที่บรรจุในยานยนต์และทำงานร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อเพิ่มกำลังของยานยนต์ให้เคลื่อนที่ ซึ่งทำให้เครื่องยนต์มีประสิทธิภาพสูงขึ้น รวมทั้งยังสามารถนำพลังงานกลที่เหลือหรือไม่ใช้ประโยชน์เปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าเก็บในแบตเตอรี่เพื่อจ่ายให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าต่อไป จึงมีอัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำกว่ายานยนต์ปกติ กําลังที่ผลิตจากเครื่องยนต์และมอเตอร์ไฟฟ้าทำให้อัตราเร่งของยานยนต์สูงกว่ายานยนต์ที่มีเครื่องยนต์ลูกสูบขนาดเดียวกัน


2. ยานยนต์ไฟฟ้าไฮบริดปลั๊กอิน (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)

เป็นยานยนต์ไฟฟ้าที่พัฒนาต่อมาจากยานยนต์ไฟฟ้าไฮบริด โดยสามารถประจุพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากแหล่งภายนอก (Plug-in) ทำให้ยานยนต์สามารถใช้พลังงานพร้อมกันจาก 2 เเหล่ง จึงสามารถวิ่งในระยะทางและความเร็วที่เพิ่มขึ้นด้วยพลังงานจากไฟฟ้าโดยตรง ยานยนต์ไฟฟ้าแบบ PHEV มีการออกแบบอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ แบบ Extended range EV (EREV) และแบบ Blended PHEV โดยแบบ EREV จะเน้นการทำงานโดยใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นหลักก่อน แต่แบบ Blended PHEV มีการทำงานผสมผสานระหว่างเครื่องยนต์และไฟฟ้า ดังนั้น ยานยนต์ไฟฟ้าแบบ EREV สามารถวิ่งด้วยพลังงานไฟฟ้าอย่างเดียวมากกว่าแบบ Blended PHEV


3. ยานยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (Battery Electric Vehicle, BEV)

เป็นยานยนต์ไฟฟ้าที่มีเฉพาะมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นต้นกำลังให้ยานยนต์เคลื่อนที่ และใช้พลังงานไฟฟ้าที่อยู่ในแบตเตอรี่เท่านั้น ไม่มีเครื่องยนต์อื่นในยานยนต์ ดังนั้นระยะทางการวิ่งของยานยนต์จึงขึ้นอยู่กับการออกแบบขนาดและชนิดของแบตเตอรี่ รวมทั้งน้ำหนักบรรทุก


4. ยานยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)

เป็นยานยนต์ไฟฟ้าที่มีเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) ที่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงจากไฮโดรเจน ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิงมีค่าความจุพลังงานจำเพาะที่สูงกว่าแบตเตอรี่ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ยานยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงจึงเป็นเทคโนโลยีที่บริษัทรถยนต์เชื่อว่าเป็นคำตอบที่แท้จริงของพลังงานสะอาดในอนาคต อย่างไรก็ดี ยังมีข้อจำกัดในเรื่องการผลิตไฮโดรเจนและโครงสร้างพื้นฐาน


🚩 หลักการทำงานของเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง


เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง PEM Fuel Cells เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ประกอบไปด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว คือ แอโนดและแคโทด สามารถสร้างไฟฟ้าด้วยหลักการเคมีไฟฟ้า โดยอาศัยการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชันที่ขั้วอิเล็กโทรดแต่ละด้าน เชื้อเพลิงหลักที่ใช้คือก๊าซไฮโดรเจน (H2) จะถูกป้อนเข้าที่ขั้วแอโนด ส่วนก๊าซออกซิเจนจะเข้าทางขั้วแคโทดทำหน้าที่เป็นสารออกซิแดนท์ (Oxidant) และใช้ในปริมาณที่น้อยกว่าเชื้อเพลิงหลักอย่างไฮโดรเจน ผลของปฏิกิริยาทางเคมีทำให้เกิดไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่ของอิเล็คตรอน (e-) ที่หลุดออกมาจากอะตอมของไฮโดรเจน (H2) ผลลัพธ์ที่ได้จากการทำงานของ เซลล์เชื้อเพลิง คือ ไฟฟ้ากระแสตรง, ความร้อน และน้ำบริสุทธิ์


การอธิบายตามทฤษฎีหลักการทางเคมีปฏิกิริยาที่เกิดขั้นภายในเซลล์เชื้อเพลิงตามรูป มี 3 สมการ ดังนี้


1. ปฏิกริยาออกซิเดชั่น 2H2 ----- > 4H+ + 4e- ......(1)


สมการที่ (1) ไฮโดรเจน (H2) จะถูกป้อนเข้าที่ขั้วแอโนด เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันทำให้อิเล็คตรอน (e-) ของไฮโดรเจนหลุดออก และไฮโดรเจนที่สูญเสียอิเล็คตรอน (e-) จะเหลือเพียงนิวตรอนและโปรตรอนในอะตอมของไฮโดรเจนทำให้ไฮโดรเจนเปลี่ยนไปอยู่ในรูป (H+) ขั้นตอนนี้คือตัวบ่งบอกประสิทธิภาพการสร้างไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell โดยวัตถุดิบที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ดีที่สุด คือ แพลทินัม (Pt) หรือทองคำขาว


2. ปฏิกิริยารีดักชั่น O2 + 4H+ + 4e- ----- > 2H2O .....(2)


สมการที่ (2) ไฮโดรเจน (H+) จะเคลื่อนที่จากขั้วแอโนดไปขั้วแคโทดโดยผ่านแผ่นเมมเบรน (membrane) ซึ่งอยู่ตรงกลางระหว่างขั้วทั้งสอง โดยแผ่นเมมเบรนมีคุณสมบัติในการนำโปรตอนสูง (High Proton Conductivity) แต่จะไม่ยอมให้อิเล็กตรอนผ่าน (Electron Barrier) ทำให้อิเล็กตรอน (e-) ไม่สามารถเคลื่อนที่จากขั้วแอดโนดไปขั้วแคโทดผ่านแผ่นเมมเบรนตรงกลางขั้วเหมือนไฮโดรเจน (H+) ได้ โดยอิเล็กตรอน (e-) จะเคลื่อนที่ขั้นไปด้านบนของขั้วแอโนด และจะสามารถเคลื่อนที่จากขั้วแอโนดไปขั้วแคโทดผ่านการต่อวงจรไฟฟ้าภายนอก หลังจากที่ ไฮโดรเจน (H+) และอิเล็กตรอน (e-) เคลื่อนที่ไปยังขั้วแคโทดจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (O2) เกิดปฏิกิริยารีดักชัน รวมตัวกันกลายเป็น น้ำ (H2O)


3. ปฏิกิริยารวม 2H2O + O2 ----- > 2H2O .......(3)


สมการที่ (3) จะสังเกตเห็นว่าพลังงานไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็คตรอน (e-) จากอะตอมของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน (H2) ซึ่งเมื่อเคลื่อนที่ระหว่างขั้วไฟฟ้าแล้วไม่ได้มีการสูญหายไปไหน กลับไปรวมตัวกับไฮโดรเจนที่อยู่ในรูป (H+) และทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (O2) กลายเป็นน้ำ (H2O)


หลักการสร้างไฟฟ้านี้ ส่งผลให้เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพในการสร้างพลังงานที่สูงถึง 40-60% ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพการสร้างพลังงานด้วยวิธีการอื่นและปราศจากมลพิษใดๆ (Zero Emission) เปรียบเทียบกับการสร้างพลังงานที่มีการสูญเสีย เช่น การเผาไหม้หรือการจุดระเบิดภายในเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีการสูญเสียพลังงานไปกับกระบวนการการเผาไหม้เชื้อเพลิงและมีมลพิษที่สูง


🚩 เซลล์เชื้อเพลิง PEM Fuel Cells ในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า


เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง ประเภทพีอีเอ็ม PEM Fuel Cells เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่จัดได้ว่าเป็นพลังงานทดแทนที่สะอาด 100% (Zero Emission) เนื่องจากไม่มีมลพิษใดๆ ออกมาจากระบบการผลิตไฟฟ้าของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้เลย โดยผลลัพธ์ที่ได้จากเซลล์เชื้อเพลิงพีอีเอ็ม คือ ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ความร้อน และน้ำบริสุทธิ์ (H2O) เท่านั้น


เซลล์เชื้อเพลิง PEM Fuel Cells เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิต่ำเมื่อผลิตกระแสไฟฟ้า จึงเหมาะสมนำมาประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ต่างๆ ในชีวิตประจำวันของมนุษย์ ยกตัวอย่างเช่น ยานยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cells EV ที่สามารถออกแบบระบบพลังงานของเซลล์เชื้อเพลิงให้ใช้งานร่วมกับแบตเตอรี่ เพื่อลดเวลาการชาร์ตไฟในรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ ที่ปกติใช้เวลาชาร์ต 30 นาที ใช้เวลาถึง 3 ชั่วโมง (อยู่ที่รูปแบบการชาร์ต Quick Charge, Normal Charge) เมื่อเปลี่ยนมาเป็นการเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง จะใช้เวลาเพียง 3 นาทีต่อ 1 ถังไฮโดรเจน สามารถทำให้รถไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงวิ่งได้ระยะทางประมาณ 600-700 กม. ส่วนเชื้อเพลิงออกซิเจน (O2) ที่เซลล์เชื้อเพลิง PEM Fuel Cells ต้องใช้นั้น สามารถดึงจาก “อากาศ” เข้าสู่ระบบเซลล์เชื้อเพลิงในรถยนต์ไฟฟ้าได้โดยอัตโนมัติ โดยใช้ออกซิเจนในปริมาณที่น้อยกว่าไฮโดรเจน


ระหว่างที่เซลล์เชื้อเพลิงผลิตพลังงานให้กับรถยนต์ไฟฟ้า ไฮโดรเจนและออกซิเจน ที่ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงจะไม่สูญหายไปไหน แต่จะรวมตัวกันกลายเป็น “น้ำบริสุทธิ์” (H2O) เนื่องจากไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงเติมในรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง จะต้องมีความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจน 99.99%


🚩 ที่มาของข้อมูลเเละรูปภาพ:


---------------------------------------------------

ติดตามข้อมูลข่าวสารผ่านช่องทางต่างๆ ได้ที่


ดู 15 ครั้ง0 ความคิดเห็น

Comments


Post: Blog2_Post
bottom of page