Semiconductor สำคัญต่อ “รถยนต์ไฟฟ้า” อย่างไร?

อัปเดตล่าสุด 12 ก.ค. 2564

Semiconductor ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น จะทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และรถยนต์ไฟฟ้ามีสมรรถนะสูงขึ้นได้อย่างเด่นชัด รถเทสล่า 3 คือหนึ่งตัวอย่างความสำเร็จของการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์

Advertisement

Semiconductor ถูกใช้ในยานยนต์อย่างไร?

ที่ผ่านมา เซมิคอนดักเตอร์ถูกใช้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นหลัก แต่เมื่อแนวโน้มรถยนต์ไฟฟ้าเริ่มเกิดขึ้น ทำให้ผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์มองเห็นโอกาสที่จะเข้าสู่ตลาดรถยนต์ไฟฟ้าได้เช่นเดียวกัน

Mr. Akio Toyoda ประธานบริษัทโตโยต้า ได้แสดงความเห็นว่า เซมิคอนดักเตอร์ไม่ได้สำคัญแค่ในรถยนต์ไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรถยนต์ไฮบริดด้วย

ปัจจุบัน สารกึ่งตัวนำในเซมิคอนดักเตอร์ที่ถูกใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรมยานยนต์คือ ซิลิคอน (Silicon) เนื่องจากเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีปริมาณมากอันดับ 2 ของโลก และถูกใช้ในชิ้นส่วนยานยนต์หลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์, แบตเตอรี่, มอเตอร์, และอื่น ๆ แต่ที่สำคัญที่สุด ก็คือระบบอินเวอร์เตอร์ซึ่งทำหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ให้กลายเป็นกระแสสลับแล้วส่งเข้าสู่มอเตอร์

อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนเป็นวัสดุที่ถูกกล่าวกันมานานว่ากำลังจะมาถึงขีดจำกัดในการพัฒนาเทคโนโลยี ซึ่งแม้จะยังไม่เกิดขึ้นจริง แต่รถยนต์ไฟฟ้า Tesla Model 3 ซึ่งใช้เซมิคอนดักเตอร์ชนิดใหม่ได้ส่งผลดีต่อสมรรถนะของรถยนต์ไฟฟ้า ด้วยยอดขายที่ครองตลาดสหรัฐฯ และจุดยืนของเทสล่าในฐานะผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าจำนวนมาก จึงเป็นหนึ่งบทพิสูจน์ความสำเร็จ หากจะกล่าวว่า Tesla Model 3 เป็นภาพจำของรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันก็ไม่เกินจริงนัก

การเปลี่ยนวัสดุสารกึ่งตัวนำเซมิคอนดักเตอร์ สร้างแรงกระเพื่อมต่ออุตสาหกรรม?

การพัฒนาวัสดุสารกึ่งตัวนำสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ถูกจัดเป็นความฝันของนักวิจัยทั้งในอุตสาหกรรมยานยนต์และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากวัสดุสารกึ่งตัวนำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น จะทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และรถยนต์ไฟฟ้ามีสมรรถนะสูงขึ้นได้อย่างเด่นชัด

ซึ่งสิ่งที่จำเป็นต่อรถยนต์ไฟฟ้ามากที่สุด คือ การลดความต้านทานไฟฟ้า เนื่องจากในกระบวนการแปลงไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ให้เป็นกระแสสลับสำหรับมอเตอร์นั้น ความต้านทานไฟฟ้าจะนำมาซึ่งการสูญเสียพลังงาน เพราะหากความความต้านทานไฟฟ้าสูงก็จะสูญเสียพลังงานมาก ดังนั้น ถ้าสามารถลดความต้านทานไฟฟ้าได้ ก็จะช่วยประหยัดพลังงานจากแบตเตอรี่ได้มากยิ่งขึ้น

ทุกครั้งที่มีการสับสวิทช์จะมีการสูญเสียพลังงานเกิดขึ้น โดยพลังงานที่สูญเสียไปจะกลายเป็นความร้อน ซึ่งนั่นหมายถึงทุกครั้งที่มีการแปลงกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ รถยนต์ไฟฟ้าก็จะเกิดความร้อน ทำให้รถยนต์ไฟฟ้าจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์ระบายความร้อน ซึ่งนำไปสู่น้ำหนักของรถยนต์ไฟฟ้าที่มากขึ้น พื้นที่ในรถที่น้อยลง และนี่คืออุปสรรคสำคัญในการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าตลอดหลายปีที่ผ่านมา

การพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมยานยนต์อย่างไร?

ที่ผ่านมา ซิลิคอนถูกใช้เป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ อย่างไรก็ตาม ในภาคอุตสาหกรรมได้เล็งเห็นว่า ซิลิคอนคาร์ไบด์ (Silicon Carbide: SiC) มีคุณสมบัติที่เหมาะสมกว่า เนื่องจากช่วยลดการสูญเสียพลังงานได้ดี ทำให้หากนำมาใช้งานได้จริงจะช่วยประหยัดพลังงานของรถยนต์ไฟฟ้า และเครื่องใช้ไฟฟ้าได้เป็นอย่างมาก

ในช่วง 20 ปีให้หลังมานี้ เทรนด์รถยนต์ไฟฟ้าได้ถูกผลักดันจากหลายฝ่ายอย่างต่อเนื่อง ทำให้อุตสาหกรรมยานยนต์ต้องหันมาวิจัยวัสดุชนิดนี้อย่างจริงจัง ด้วยเหตุผลหลัก 2 ข้อ คือ

1. ซิลิคอนคาร์ไบด์ช่วยประหยัดน้ำมันในรถไฮบริดได้เป็นอย่างดี
2. ซิลิคอนคาร์ไบด์ช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าวิ่งได้ไกลขึ้นด้วยแบตเตอรี่ความจุเท่าเดิม

นอกจากนี้ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ผลิตจาก Silicon Carbide ยังช่วยให้ผู้ผลิตยานยนต์สามารถลดขนาดชิ้นส่วนต่าง ๆ ในรถยนต์ลงได้ เช่น ระบบอินเวอร์เตอร์ ระบบอิเล็กทรอนิกส์ และอื่น ๆ เพื่อให้ยานยนต์มีน้ำหนักเบาลงได้อีก จึงเป็นที่มาว่า ทำไมการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์จากซิลิคอนคาร์ไบด์จึงมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมยานยนต์เป็นอย่างมาก

รถเทสล่า Model 3 ที่ใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จากซิลิคอนคาร์ไบด์ ก็ได้พิสูจน์ให้โลกได้เห็นถึงประสิทธิภาพของเซมิคอนดักเตอร์ชนิดนี้ ด้วยสมรรถนะด้านการวิ่งทางไกลที่ได้รับการยอมรับจากตลาดเป็นอย่างดี และมียอดขายเพิ่มขึ้นต่อเนื่องแม้ในช่วงการระบาดของโควิด

นอกจากนี้ Silicon Carbide ยังมีสารกึ่งตัวนำอื่น ๆ ที่ได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรมยานยนต์ด้วย เช่น Gallium nitride (GaN), Gallium oxide, และกระทั่งเพชร ซึ่งไม่ว่าจะอย่างไหนก็มีความเป็นไปได้ที่จะขึ้นมาเป็นเซมิคอนดักเตอร์แห่งอนาคตทั้งสิ้น

สรุป

การพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์แห่งอนาคต จะส่งผลต่อประสิทธิภาพรถยนต์ไฟฟ้า ดั่งเช่นความสำเร็จของรถเทสล่า 3 ที่ใช้ Silicon Carbide Semiconductor และตอกย้ำว่า สารกึ่งตัวนำซิลิคอนซึ่งถูกใช้มานานในเซมิคอนดักเตอร์ เข้าใกล้ขีดจำกัดในการพัฒนาเทคโนโลยีกำลังเกิดขึ้นจริง

บทความยอดนิยม 10 อันดับ