พฤติกรรมการใช้แบตเตอรี่สมาร์ทโฟนจนหมด 0% ที่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมลงอย่างเงียบๆ งานวิจัยล่าสุดเตือน

การใช้สมาร์ทโฟนจนแบตเตอรี่เหลือ 1% แล้วค่อยหาเครื่องชาร์จ การใช้โน้ตบุ๊กจนแบตเตอรี่หมดแล้วค่อยเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานเพื่อรีสตาร์ท หรือการใช้ระยะทางของรถยนต์ไฟฟ้าจนหมดก่อนที่จะชาร์จใหม่

สำหรับหลายคน พฤติกรรมเหล่านี้อาจไม่ใช่เรื่องแปลก บางคนอาจยังคงมีความเชื่อว่า "แบตเตอรี่ควรใช้จนหมดก่อนชาร์จ" ซึ่งเป็นความเชื่อจากยุคแบตเตอรี่แบบเก่า แต่สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นที่นิยมในปัจจุบัน พฤติกรรมนี้อาจเป็นสาเหตุที่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมลงได้

สาเหตุที่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมที่เคยถูกพูดถึงบ่อยๆ คือ อุณหภูมิสูง การชาร์จเร็ว การปล่อยแบตเตอรี่ไว้ในสถานะเต็ม และแรงดันไฟฟ้าสูงในการชาร์จ แบตเตอรี่มีความไวต่อความร้อน การปล่อยไว้ที่ 100% เป็นเวลานานก็เป็นภาระ การชาร์จเร็วทำให้เกิดความร้อนและความเครียดทางเคมีที่ไม่ควรมองข้าม

อย่างไรก็ตาม งานวิจัยใหม่จากทีมวิจัยเกาหลีได้เปิดเผยข้อมูลใหม่ที่ชี้ให้เห็นว่า นอกจากการ "ชาร์จมากเกินไป" การ "ใช้จนหมดเกินไป" ก็อาจทำให้เกิดการทำลายภายในแบตเตอรี่ได้

ปัญหาไม่ได้อยู่ที่ "0%" แต่เป็นการปล่อยประจุจนลึก

สิ่งที่ได้รับความสนใจในครั้งนี้คือวัสดุขั้วบวกชนิด NMC ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน NMC หมายถึงวัสดุออกไซด์ชั้นที่มีนิกเกิล แมงกานีส และโคบอลต์ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ไฟฟ้า วัสดุเช่น NMC811 ที่มีสัดส่วนนิกเกิลสูงมีความหนาแน่นพลังงานสูง แต่ก็มีปัญหาการเสื่อมและความเสถียร

ทีมวิจัยได้ใช้วัสดุขั้วบวก NMC622 และ NMC811 เพื่อศึกษาการเสื่อมของแบตเตอรี่เมื่อเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าตัดการปล่อยประจุ แรงดันไฟฟ้าตัดการปล่อยประจุคือแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่กำหนดให้แบตเตอรี่ไม่สามารถใช้งานได้อีก

จากความรู้เดิม การใช้แบตเตอรี่จนแรงดันไฟฟ้าต่ำจะทำให้สามารถดึงพลังงานออกมาได้มากขึ้น แต่การทดลองพบว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำลง การเสื่อมก็ยิ่งรุนแรงขึ้น แม้ว่าความจุที่ได้จากแรงดันไฟฟ้าต่ำจะไม่มาก แต่ผลกระทบต่ออายุการใช้งานกลับมาก

การพยายามดึงพลังงานสุดท้ายออกมาอาจทำให้โครงสร้างภายในแบตเตอรี่เสียหายได้

การเสื่อมของพื้นผิวภายในแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานโดยการเคลื่อนที่ของไอออนระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ในสภาพใหม่ การเคลื่อนที่นี้เป็นไปอย่างราบรื่น แต่เมื่อใช้งานไปนานๆ พื้นผิวและอินเตอร์เฟสของขั้วจะเปลี่ยนแปลง ทำให้ทางเดินของไอออนลิเธียมถูกอุดตัน ความจุลดลง และความต้านทานเพิ่มขึ้น

การเสื่อมของขั้วบวก NMC ที่เคยถูกพูดถึงคือการปล่อยออกซิเจนและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่แรงดันไฟฟ้าสูง การชาร์จทำให้ลิเธียมถูกดึงออกจากขั้วบวกมากเกินไป ทำให้วัสดุไม่เสถียร สูญเสียออกซิเจน และโครงสร้างชั้นเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างแบบเกลือหิน

สิ่งที่งานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นคือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในด้านการชาร์จและการปล่อยประจุ โดยเฉพาะในพื้นที่การปล่อยประจุที่ต่ำกว่า 3.0V ซึ่งออกซิเจนที่ขั้วบวกถูกดึงออกไป ทำให้เกิดออกไซด์ลิเธียมและข้อบกพร่องของออกซิเจน

ทีมวิจัยอธิบายปรากฏการณ์นี้ว่าเป็น "ปฏิกิริยาแปลงสภาพแบบเทียม" แม้ว่าจะไม่ทำลายวัสดุทั้งหมด แต่การเสื่อมจะเกิดขึ้นที่พื้นผิวขั้วบวกในระดับท้องถิ่นและชัดเจนในระยะยาว

การปล่อยประจุจนลึกเพิ่มการเกิดก๊าซ

การเสื่อมไม่ได้จบลงแค่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง เมื่อออกซิเจนถูกดึงออกจากพื้นผิวขั้วบวก การเกิดปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ก็เพิ่มขึ้น งานวิจัยพบว่าการปล่อยประจุจนลึกทำให้เกิดก๊าซเพิ่มขึ้นอย่างมาก

การเกิดก๊าซทำให้แบตเตอรี่ขยายตัวและความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น แบตเตอรี่สมาร์ทโฟนบวม ตัวเครื่องโน้ตบุ๊กยกขึ้น หรือความสมบูรณ์ของเซลล์ในรถยนต์ไฟฟ้าลดลง ปรากฏการณ์เหล่านี้ไม่ได้เกิดจากการ "เก่า" เท่านั้น แต่มีปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนอยู่เบื้องหลัง

โดยเฉพาะในขั้วบวกที่มีนิกเกิลสูง ปัญหานี้มักจะรุนแรงขึ้น การเพิ่มนิกเกิลทำให้ความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น แต่ความเสถียรของโครงสร้างลดลง งานวิจัยพบว่าเซลล์ที่มีนิกเกิลสูงที่ปล่อยประจุจนลึกสูญเสียความจุอย่างรวดเร็ว ขณะที่เซลล์ที่ตั้งค่าขีดจำกัดการปล่อยประจุสูงขึ้นมีอัตราการคงความจุที่ดีขึ้น

สิ่งสำคัญคือการยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุใหม่หรือเทคโนโลยีการผลิตที่มีราคาแพง การเปลี่ยนแปลงขีดจำกัดการปล่อยประจุเพียงเล็กน้อย หรือการปรับซอฟต์แวร์การจัดการแบตเตอรี่ก็อาจช่วยลดการเสื่อมได้

มาตรการที่ผู้ผลิตและผู้ใช้สามารถทำได้

มาตรการที่ง่ายที่สุดที่งานวิจัยนี้เสนอคือการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตัดการปล่อยประจุ ไม่ให้แบตเตอรี่ถูกใช้งานจนถึงสภาพที่เกือบจะว่างเปล่า และหยุดก่อนที่จะเข้าสู่พื้นที่ที่อันตราย สำหรับสมาร์ทโฟน แม้ว่าจะแสดงผลว่า 0% แต่ภายในยังมีพลังงานสำรองเพื่อป้องกันอยู่บ่อยครั้ง ในรถยนต์ไฟฟ้า ระยะทางหรืออัตราการชาร์จที่แสดงผลมักจะมีบัฟเฟอร์ที่ผู้ผลิตตั้งค่าไว้

อย่างไรก็ตาม ขนาดของบัฟเฟอร์นั้นขึ้นอยู่กับแนวคิดการออกแบบ สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการแสดงระยะทางหรือเวลาการใช้งานที่ยาวนาน ผู้ผลิตอาจต้องการให้ผู้ใช้สามารถใช้ความจุได้มากขึ้น แต่ถ้าต้องการเน้นอายุการใช้งาน จำเป็นต้องมีพื้นที่สำรองเพื่อหลีกเลี่ยงพื้นที่ที่เคมีเข้มงวด

นี่เป็นการตัดสินใจที่ยากสำหรับผู้ผลิต ผู้ใช้มักให้ความสำคัญกับ "การใช้งานได้มากแค่ไหนในการชาร์จครั้งเดียว" ระยะทางหรือเวลาการใช้งานที่แสดงในแคตตาล็อกมีผลต่อการตัดสินใจซื้อ แต่ถ้าคำนึงถึงความพึงพอใจในระยะยาว ความคุ้มค่าของแบตเตอรี่ที่ยังคงอยู่ในสภาพดีหลังจากหลายปีมีความสำคัญมาก

มาตรการที่ผู้ใช้สามารถทำได้คือการชาร์จเมื่อแบตเตอรี่เหลือ 20-30% หลีกเลี่ยงการใช้จนหมด 0% หลีกเลี่ยงการทิ้งไว้ในสภาพร้อนหรือเต็ม 100% เป็นเวลานาน สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า หลีกเลี่ยงการชาร์จเต็มหรือปล่อยประจุจนลึกเกินความจำเป็น และใช้การตั้งค่าขีดจำกัดการชาร์จของรถ

แน่นอนว่า การใช้แบตเตอรี่จนเกือบหมดในสถานการณ์ฉุกเฉินไม่ได้ทำให้แบตเตอรี่เสียหายทันที ปัญหาคือการทำซ้ำการปล่อยประจุจนลึกในชีวิตประจำวัน การเสื่อมของแบตเตอรี่ไม่ได้เกิดขึ้นจากความผิดพลาดครั้งเดียว แต่เป็นการสะสมของภาระเล็กๆ ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ

ไม่ใช่ทุกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เหมือนกัน

สิ่งที่ควรระวังคือ ข้อมูลที่ได้จากงานวิจัยนี้ไม่ได้ใช้ได้กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทุกชนิด งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่วัสดุขั้วบวกออกไซด์ชั้น NMC และมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับวัสดุที่มีสัดส่วนนิกเกิลสูง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การใช้แบตเตอรี่ LFP หรือแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในรถยนต์ไฟฟ้าได้ขยายตัวอย่างรวดเร็ว แม้ว่า LFP จะมีความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่า NMC แต่มีข้อดีในด้านต้นทุน ความปลอดภัย อายุการใช้งาน และทรัพยากร ข้อมูลจากสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศระบุว่า ในปี 2025 แบตเตอรี่ LFP จะครองส่วนแบ่งมากกว่า 55% ของแบตเตอรี่ที่ติดตั้งในรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลก

ดังนั้น การสรุปว่า "สมาร์ทโฟนทุกเครื่อง รถยนต์ไฟฟ้าทุกคันจะมีการเสื่อมเหมือนกัน" จึงไม่ถูกต้อง การออกแบบแบตเตอรี่สมาร์ทโฟนมีหลากหลาย และในรถยนต์ไฟฟ้า พฤติกรรมของแบตเตอรี่จะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับรุ่น ผู้ผลิต เคมีของแบตเตอรี่ และระบบการจัดการแบตเตอรี่

ถึงกระนั้น แนวคิดที่ว่า "การใช้จนหมด 0% เป็นสิ่งที่ดีต่อแบตเตอรี่" ไม่สามารถนำมาใช้กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันได้ อย่างน้อยที่สุด การหลีกเลี่ยงการปล่อยประจุจนลึกเป็นมาตรการที่มีความเสี่ยงน้อยสำหรับผู้ใช้หลายคน

ปฏิกิริยาของผู้อ่านและโซเชียลมีเดียต่อการวิจัยนี้

ในส่วนความคิดเห็นของบทความต้นฉบับ มีปฏิกิริยาของผู้อ่านต่อการวิจัยนี้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผู้ใช้ทั่วไปเข้าใจการเสื่อมของแบตเตอรี่อย่างไร

ปฏิกิริยาแรกคือ "ปัญหาไม่ได้อยู่ที่แรงดันไฟฟ้าสูง แต่เป็นกระแสไฟฟ้าหรือวัตต์ที่เกิดจากการชาร์จเร็ว และความร้อนที่เกิดขึ้นจากนั้น" ซึ่งเป็นข้อสงสัยที่หลายคนมี เครื่องชาร์จสมาร์ทโฟนมีการแสดงแรงดันไฟฟ้า 5V, 9V, 20V และในการชาร์จเร็วจะเน้นที่วัตต์ ผู้ใช้อาจรู้สึกว่า "แรงดันไฟฟ้า" "กระแสไฟฟ้า" และ "ความร้อน" ถูกพูดถึงร่วมกัน

เมื่อพูดถึงการเสื่อมของแบตเตอรี่ จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างแรงดันไฟฟ้าจากเครื่องชาร์จและแรงดันไฟฟ้าภายในเซลล์ ซึ่งอาจไม่ชัดเจนสำหรับผู้อ่านทั่วไป ดังนั้น บทความวิทยาศาสตร์ควรอธิบายว่าแรงดันไฟฟ้าสูงหมายถึงส่วนใด

ปฏิกิริยาที่สองคือ "ปัญหาคือความร้อนที่เกิดจากการชาร์จแรงดันไฟฟ้าสูงหรือไม่" ซึ่งเป็นมุมมองที่สำคัญ ความร้อนมีบทบาทสำคัญในการเสื่อมของแบตเตอรี่ แต่สิ่งที่น่าสนใจในงานวิจัยนี้คือการเน้นที่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นที่พื้นผิวขั้วบวกในช่วงปลายของการปล่อยประจุ

ปฏิกิริยาที่สามคือ "สิ่งนี้เป็นที่รู้กันมานานแล้ว" ซึ่งเป็นมุมมองที่เย็นชา ในหมู่ผู้ใช้สมาร์ทโฟนและโน้ตบุ๊ก การไม่ใช้จนหมด 0% และการใช้ในช่วง 20-80% เป็นที่รู้จักกันมานาน สำหรับผู้ที่มีความรู้เรื่องการจัดการแบตเตอรี่มานาน ข้อสรุปอาจไม่ใหม่

แต่คุณค่าของงานวิจัยนี้อยู่ที่การแสดงกลไกระดับวัสดุที่เกิดขึ้นเบื้องหลังคำแนะนำในชีวิตประจำวัน การให้เหตุผลทางวิทยาศาสตร์แก่ประสบการณ์ทำให้ผู้ผลิตสามารถปรับปรุงการออกแบบระบบการจัดการแบตเตอรี่ได้อย่างมีเหตุผล

ปฏิกิริยาที่สี่คือประสบการณ์การใช้งานสมาร์ทโฟนที่ยาวนานของผู้อ่าน บางคนกล่าวว่าอุปกรณ์ Samsung ที่ใช้มาตั้งแต่ปี 2016 ยังคงใช้งานได้ดีและไม่เคยปล่อยประจุจนหมด แม้ว่าประสบการณ์ส่วนตัวจะไม่สามารถสรุปเป็นข้อสรุปทางวิทยาศาสตร์ได้ แต่ความรู้สึกว่าการหลีกเลี่ยงการปล่อยประจุจนลึกอาจเป็นประโยชน์ในการใช้งานระยะยาวเป็นสิ่งที่ผู้ใช้หลายคนเข้าใจได้ง่าย

หากหัวข้อนี้แพร่กระจายในโซเชียลมีเดีย ปฏิกิริยาน่าจะแบ่งออกเป็นสามกลุ่มใหญ่ กลุ่มแรกคือผู้ที่เห็นด้วยว่า "ไม่ควรใช้จนหมด 0%" กลุ่มที่สองคือผู้ที่เห็นว่า "เป็นสิ่งที่รู้กันมานานแล้ว" และกลุ่มที่สามคือผู้