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物美價廉或是追求創新 - 電池技術發展瓶頸

電力是現代社會一個相當重要的成份,僅僅數小時的斷電便會造成民生以及工業的災情慘重,因此能夠儲存電力的電池技術已經研發了相當久的時間。然而,隨著各種可攜式3C裝置的盛行,對於高效能電池的要求也日益高漲。現代人的生活已經離不開電力,更離不開電池,因為儲存電能只有依靠電池技術。

各種不同的電池[1]

  狹義上的電池定義是將本身儲存的化學能轉成電能的裝置,廣義的定義為將預先儲存起的能量轉化為可供外用電能的裝置。大部分常見的電池屬於化學電池,通過氧化還原反應,把正極、負極活性物質的化學能轉化為電能。



電池原理[2]



  與普通氧化還原反應不同的是,氧化和還原反應是分開進行的,氧化在負極還原在正極,而電子得失是通過外部線路進行進而形成電流現代電子技術的發展,對化學電池提出了很高的要求。

  然而,經過多年的研發與投入龐大的資金後,目前還是無法針對電池技術提出實用的改良方案,只能在蓄電性能上進行很小的優化,但核心工作原理完全沒變。

  最好的證據就是,目前市面上行動裝置使用最多的,依然是早在1991年由SONY公司率先商業化的鋰離子聚合物電池



鋰離子電池的化學[3]



NOKIA 3310手機使用的鋰離子聚合物電池[4]



為什麼電池技術一直難以有突破性的創新?



  最大的問題在於電池密度的局限性,也就是在體積和重量一定的介質中最多能儲存多少能量。

  隨著科技發展日新月異,研究人員都在追尋可以在保證安全的情況下突破能源密度的方法,也有無數的研究宣稱取得突破性的進展,如本田商用鎂電池、鋰硫電池、固態鋰電池、液態金屬電池等等。



本田商用鎂電池[5]



鋰硫電池原理[6]



液態金屬電池原理[7]



  但是這些成果當中,鮮少能兌現低成本和大容量的承諾,進而商業化生產。即使各種創新概念與材料紛紛被提出,但沒有一個科研單位或民間企業有如此龐大的財力去嘗試每一個構想,而且做出成品並不等於能夠真正實現商業化。

  新材料、新技術就意味著新問題,即使是已經使用超過25年的鋰電池,應用在波音787客機後著火問題依然層出不窮。



787客機內著火的鋰電池[8]



  在特斯拉的推動下,純電動車的時代即將到來。這股趨勢背後,電池毫無疑問扮演極重要的角色。

  目前電動車的局限,如單次充電無法跑太遠與充滿電需較長時間等,均與電池直接相關。從2008年以來,在特斯拉與其電池供應商松下(Panasonic)的密切合作之下,提高製造效率、改進生產流程並依據需求進行適當的電池最佳化,讓電容量增加60%且成本降低50%。

  因此,提高電池性能並不代表技術或材料必須變更,而是必須要密切結合製造業和工程技術,生產實際使用的產品。



特斯拉Model S電動車的電池板[9]



  從真空管元件演變成超大規模積體電路,電腦從1間房間的笨重機器變成可攜帶式的輕巧裝置,象徵著科技快速發展。

  目前電池發展研發進程似乎尚未跟上腳步,不是技術無法突破,而是無法在性能與成本間取得平衡。

  在足夠多的投資者開始關注風險較高的項目,並向有革命性潛力的技術進行挑戰之前,我們所能看到的電池技術發展,或許也就僅此而已。



文章參考來源:

[1]為何電池技術就是沒有突破?(檢索日期2018/10/14)

http://technews.tw/2015/02/11/why-we-dont-have-battery-breakthroughs/

[2]得電池者得天下!突破目前電池瓶頸的人,將獨享千億盛宴(檢索日期2018/10/14)

https://www.inside.com.tw/2016/05/24/battery-energy-storage-technology-breakthrough

[3]UL 於電池科技峰會提出國際電池儲能系統標準三大發展方向(檢索日期2018/10/14)

https://technews.tw/2018/10/05/ul-battery-tech-fair-2018/

[4]Battery Breakthrough: How Startups, Tech Giants, And Automakers Could Finally Make EVs Go The Distance (檢索日期2018/10/14)

https://www.cbinsights.com/research/electric-vehicle-battery-innovation/

[5]Why We Don’t Have Battery Breakthroughs (檢索日期2018/10/14)

https://www.technologyreview.com/s/534866/why-we-dont-have-battery-breakthroughs/

[6]阻礙科技突破的竟是花巨資也難質變的電池?日本的突破也很有限(檢索日期2018/10/14)

https://www.pixpo.net/science/0IR8Bkk4.html

[7]鋰硫電池技術大突破,可望提升電池壽命與續航力(檢索日期2018/10/14)

https://www.energytrend.com.tw/news/20180329-14309235.html

[8]比鋰電池便宜又長壽,MIT 教授領軍研發全新技術,讓電池用 10 年還有 99% 儲電能力!(檢索日期2018/10/14)

https://buzzorange.com/techorange/2018/02/02/mit-invent-10years-life-battery/

[9]相較其他汽車大廠 特斯拉的電池續航能力到底有多強?(檢索日期2018/10/14)

https://www.stockfeel.com.tw/%E7%9B%B8%E8%BC%83%E5%85%B6%E4%BB%96%E6%B1%BD%E8%BB%8A%E5%A4%A7%E5%BB%A0-%E7%89%B9%E6%96%AF%E6%8B%89%E7%9A%84%E9%9B%BB%E6%B1%A0%E7%BA%8C%E8%88%AA%E8%83%BD%E5%8A%9B%E5%88%B0%E5%BA%95%E6%9C%89%E5%A4%9A/



圖片引用來源:





[1]https://health.businessweekly.com.tw/AArticle.aspx?id=ARTL000096053, retrieved October 14, 2018

[2]http://www.fuji.com.tw/posts/1360, retrieved October 14, 2018

[3]https://chinese.engadget.com/2009/10/30/on-li-ion-batteries/, retrieved October 14, 2018

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery, retrieved October 14, 2018

[5]http://m.cbea.com/qyjs/201803/479515.html, retrieved October 14, 2018

[6]http://www.diandong.com/news/1375.html, retrieved October 14, 2018

[7]https://www.energytrend.com.tw/news/20160121-13166.html, retrieved October 14, 2018

[8]https://news.now.com/home/international/player?newsId=58935, retrieved October 14, 2018

[9]https://kknews.cc/car/eakyljq.html, retrieved October 14, 2018



 



 



 

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