铝电池开发跃进 进入量产准备阶段

2017/01/19 - 魏淑芳

随着电动车及储能市场规模成形，对于锂电池的消耗量大增，Tesla本身预估在其锂电池工厂产能全开的情况下，2020年就将消耗8,000公吨的锂原料，因此过去不曾让人烦恼的锂原料供应，近来却成为锂电池发展的隐忧之一。

根据美国地质调查局于2015年初估计，全球锂资源约为3,950万公吨，具备商业开采价值的锂储备量则仅有1,351.9万公吨，而如果电动车与能源储存市场快速进展，则全球一年锂原料需求至2040年可能高达80万吨，如此一来，锂原料在17年内就会被使用殆尽。

因此，在规划电池产业的长期布局时，极度缺乏天然资源的台湾势必要将原材料的取得考量在内，循此脉络，铝被视为是取代锂金属做为电池材料的最佳选项。

工研院与史丹佛携手  突破铝电池瓶颈

工研院绿能所杨昌中博士指出，「相较于锂，铝是地壳中蕴藏量极为丰富的金属，约占地壳8%，且其具有价格便宜和安全等特性，因此一直是世界各国电池储能研究团队锁定研发的材料。」然而在几十年的研发历史中，铝电池的许多问题，包括寿命不足、效率低、无法商业化等问题一直无法充分解决，工研院与史丹福大学合作开发的「可高速充放电的铝电池」技术，终于突破了困境。

此研究开发的铝离子电池具有寿命长、安全稳定、充电速度快等特性，不到1分钟就能充满，充放电寿命超过7,500次，高于车用铅酸蓄电池的800次及锂电池的1,000次。

液态盐无机溶剂  大幅提高电池安全性

在这次的合作中，史丹福大学提供阴极石墨材料，工研院则提供铝盐电解液技术。此研究成果论文于2015年4月登上英国《Nature》期刊，并在台湾及美国申请专利，且之后更入围创新研发界的奥斯卡奖－2016全球百大科技研发奖(R&D 100 Awards)。

据悉，欧盟于2015年6月发布整合13个单位力量的铝电池研究计划，较工研院论文发表时间晚了两个月，「我们应该是目前距离量产目标最近的研究单位。」杨昌中说。

不过，他也提到在成功量产前尚需克服重重的挑战，其中包括铝盐电解液的来源及价格问题。杨昌中指出，「一般电池主要使用的电解液成分是以有机溶剂为主，一旦发生短路时就容易起火，而我们采用的是无机溶剂，即使遇到高温短路也不会起火，安全性大幅提高。」此无机溶剂的原料是能在室温下呈现液态的盐类，经过无数次调配，工研院团队发现EMIC(氯化1-乙基-3-甲基咪唑)和AlCl3(氯化铝)这两种盐类的混合能产出最完美的电解液。

2018进行Beta测试  进军储能市场

然而，目前全球几乎只有德国一家厂商生产此溶液，且尚未有实际的工业应用，因此售价颇高，「我们现正积极推动国内特用化学厂商愿意投入此溶剂的生产，藉以降低成本。」杨昌中并提到，「我们也在考量是否要更改制程及开发自有设备，以树立更高的技术门槛，藉以提升将来进入市场时的竞争力。」

「可高速充放电的铝电池」诉求的市场应用涵盖储能，以及堆高机、搬运机器人等工业应用，预计2017年完成材料的量产准备；2018年电池芯量产；2018年底于实际场域进行Beta测试。「我们希望能让铝电池在未来两年内真正进入市场。」杨昌中说。


图说：工研院绿能所杨昌中博士。


图说：工研院与史丹福大学合作开发「可高速充放电的铝电池」。