臺灣科技之光 可高速充放電鋁離子電池 登上英國科學權威期刊

   Release date: 2015-10-14     Source: 經貿透視雙周刊第428期    Author: 蕭玉品    Hits: 278    
Note: 工研院和史丹佛大學團隊共同研發的可高速充放電鋁離子電池,可應用在電動自行車、電動機車等交通工具上,也可作為風力發電機、太陽能電池等再生能源的大型儲能設備,研究成果更登上英國自然科學權威期刊《自然(Nature)》。
工研院和史丹佛大學團隊共同研發的可高速充放電鋁離子電池,可應用在電動自行車、電動機車等交通工具上,也可作為風力發電機、太陽能電池等再生能源的大型儲能設備,研究成果更登上英國自然科學權威期刊《自然(Nature)》。

生活中,各式各樣的電池提供各類設備需要的電力,關於電池的研究,可說是一場沒有盡頭的奮戰。尤其在行動裝置盛行的時代,推出容量高、壽命長、充電速度快、安全性高的電池,都是科學家、科技大廠努力的目標。

像是特斯拉(Tesla)電動車一推出便備受關注,是全世界第一輛使用「鋰電池」的汽車,今(2015)年4月,特斯拉向世人展示了公司的另一條產品線--電池,證明在執行長穆斯克(Elon Musk)的規劃裡,特斯拉真正的戰場其實是在電池。被視為特斯拉最大競爭對手的豐田氫燃料電池車,今年剛量產販售,銷量就遠遠超出預期。根據最新研究顯示,以氫燃料電池車為本的智慧型能源氫燃料電池充電器(Intelligent Energy’s hydrogen fuel cell charger),將被應用在蘋果的智慧型手機上,可以讓手機連續七天維持在有電狀態。

工研院獲佳績 登《自然》期刊

各式電池在市場上百家爭鳴,臺灣工研院也不落人後,在這塊領域大放異彩。在經濟部能源局和工研院鴻鵠計畫的支持下,由工研院綠能與環境所研究員林孟昌領軍的技術團隊,和美國史丹佛大學化學系教授戴宏杰共同合作研發的「可高速充放電鋁離子電池」,於今(2015)年4月登上英國《自然(Nature)》期刊本刊,受到國際的注意與肯定。

可高速充放電鋁離子電池的組成包含鋁和石墨,鋁是世界上含量最多的金屬之一,具有高能量密度與高放電電位的特性,取得成本也相對低廉,是科學家一直希望能應用在製造電池的材料。而鋁離子電池的基本結構,是以鋁金屬陽極和石墨陰極組成,利用石墨的疊層特性,讓鋁離子可以在石墨內部快速嵌入或嵌出,達到高速放電的目的。

具眾多優勢 單電池一分鐘充電

對於電池,現代人重視的容量高、壽命長、充電速度快、安全性高等特性,鋁離子電池幾乎都具備。鋁離子電池最大的優勢,在於充放電效率非常快,「鋁離子電池功率高,可以和超級電容一樣,在短時間內快速充電、放電;也可以快速充電、慢慢放電。」林孟昌解釋,鋁離子單電池只要一分鐘就可以充飽電;即使重複充放電達一萬次,蓄電量依舊不會減弱。

而鋁離子電池的三大亮點,工研院綠能與環境所所長胡耀祖指出,包括找出鋁金屬和石墨的最佳組合,突破鋁電池材料目前的技術瓶頸,以及開發出和紙張一樣柔軟、可彎折,容易量產的薄型導電材料,未來能針對不同需求和特性製造生產。穩定、安全、具耐久性的特質,則讓鋁離子電池即使受到外力破壞,也不用擔心引發災害。

安全可彎曲 通過刺穿、短路測試

林孟昌認為,如果設計電量不高,鋁離子電池「可彎折」的特性,能運用在iWatch和Google Glass等產品上,「因為產品有曲折的地方都可以做上去。」而對工程的好處則是生產簡單、組裝容忍度高,他舉例,「以鋰電池來說,他沒辦法接受誤差,有誤差會炸掉,可彎折的鋁離子電池就不會有這種問題發生。」研究團隊為了確認鋁離子電池的安全性,也讓電池經過刺穿、短路的測試,發現即使遭受「百般折磨」,電池都不會爆炸。

目前,鋁離子電池應用研究持續朝向提升石墨材料的電容量與石墨陰極材料量產化兩大方向發展。在研發過程中,鋁離子電池的容量的確不斷放大,體積卻一直縮小。至於量產後的鋁離子電池,可提供3C產品快速充電的優勢,也希望成為鉛酸電池的替代方案,應用在輕型電動運輸工具,例如電動自行車、電動機車和高爾夫球車上。

事實上,鋁離子的成本和汽機車、發電啟動裝置用的鉛酸電池相較,貴一至二倍,卻只有鋰電池價格的一半,類似鎳氫電池的等級。雖然價格較鉛酸電池昂貴,但鋁離子電池的穩定性、功率密度均遠勝鉛酸電池,全球鉛酸電池一年的產值高達400多億美元,其中有五至六成使用在汽機車領域,以中國大陸為例,輕型運輸工具裡的電池目前都採鉛酸電池,若是鋁離子電池能取代鉛酸電池,會是極具潛力的市場。以使用時間較短的汽車鉛酸電池來說,使用鋁離子電池起碼能延長十年壽命,並達到節能與降低維修成本的雙重效益。另外,電子商務發達的時代,物流業的重要性大幅提升,林孟昌也看好鋁離子電池在物流用叉舉車的應用。

可做儲電槽 協助穩定再生能源

鋁離子電池的長期目標,是希望能搭配風力發電機、太陽能電池等再生能源,作為大型儲能設備。風力發電機、太陽能電池的供電通常不穩定,而鋁離子電池可以作為再生能源的「儲電槽」,不管電流如何流入,都會先進到儲電槽,待電流穩定後,再輸電到家戶,而鋁離子電池正好可以做為這樣的儲能裝備。

鋁離子電池若往產業化走,首先看好終端和上游廠商的商機。終端廠商可以提供消費者意見,協助電池往消費者的需求靠近。上游則需要提供石墨、隔離膜、電解液的相關原料廠商,因為要有一定的市場規模,便必須找尋原料供應穩定的廠商。待發展成熟後,中游廠商則可藉由終端和上游的帶動發展。

對於鋁離子電池的未來,林孟昌有掩不住的躍躍欲試,「現在用不到所有材料電量的四分之一,還有四分之三的電量等著我們去拿出來,如果我們可以再拿到二分之一的電量,電池體積就可以再縮小一倍。」那要是鋁離子電池進步到極致?林孟昌謙虛但充滿期待地說:「如果持續進步,不一定是我做這件事啦!但做到的話,或許下個階段可以挑戰鋰電池市場。」 
 
Reward
 
More>Related產業動態

Featured
Recommended產業動態
Ranking