探索材料及技术可能 多方强化电池特性

辉能的「软板薄型锂陶瓷电池」采用固态电解质，且能自由弯曲，适合各种应用。

电池技术的发展，主要受到3C产品及日渐崛起的电动车及储能市场的需求所左右。首先，在消费性电子产品所需的电池方面，近年由于手机等移动设备几乎是无止尽地追求性能提高及功能增加，因此对于电池长效性带来更严苛的考验，也就是要在现有的轻薄化设计中，以更少的电池提供更高的电容量，电池能量密度的提升几乎已到了走火入魔的地步。

在2016年闹得沸沸沸扬扬的三星Note 7电池爆炸事件，个中原因就是Samsung集团旗下的Samsung SDI将电池体积能量密度一举扩充至691Wh/L，导致电芯隔离膜厚度太薄，电池的不安全性升高。套句台湾电池协会理事长李桐进所言，「电池是需要呼吸空间的，不让电池呼吸，当然就会出问题。」因此，如何透过材料及设计的改善，同时兼顾电池安全性及能量密度的提高，就成了电池厂商的主要努力方向。

提高安全性  采用固态电解质

为了提高安全性，拿掉危险因子是最直接的解决途径。在电池中，电解液就等同于易燃物，长时间的使用易产生漏液现象，进而造成燃烧或爆炸，大大危害安全，因此将电解液换为固态电解质，也就避开了电池燃烧爆炸的风险。

在安全性的诉求下，固态锂电池已成为锂电池研发的显学，许多研究单位及业者皆已多方投入，例如工研院已积极开发下时代固态电池，核能研究所也投入研发「全固态薄膜锂电池(SS/LiCoO2/Lipon/Li)」。

「全固态薄膜锂电池」的正极、负极和电解质全部由固态材料组成，经由固态薄膜的层层堆叠组成，不会在短路时或长时间使用后发生漏液，造成燃烧或爆炸。

据了解，此一可挠式全固态薄膜锂电池，为运用物理气相沉积与蒸镀的方式，利用可挠式基材制作，以射频磁控溅镀法控制锂电池中正极薄膜与电解质薄膜结晶取向，再以蒸镀法沉积负极薄膜，层层堆叠，并于最外层以不锈钢热封技术确保元件不受水气与氧气侵入，最终形成全固态薄膜锂电池元件。

在台湾电池业界中，辉能科技所生产的锂电池则是采用固态锂陶瓷电解质取代电解液。不过，采用固态电解质虽能够强化电池的安全性，然而固态锂电池的内阻质偏高，却会造成快充快放等效能无法与锂聚合物电池相较，因此，在提高安全性的同时，降低内阻值也是一体两面的课题。

在安全性的追求上，工研院与与史丹福大学合作开发的「可高速充放电的铝电池」技术，则是将电解液的有机溶剂改换为无机溶剂，如此一来，即使遇到高温短路也不会起火，移除了有机溶剂一旦发生短路时就容易起火的风险。此外，唯电科技的金属氧化物超级电容甚至是采用无隔离膜设计，可大幅提高元件安全性。

搭配再生能源  储能市场潜力大

除了3C产品外，电动车及储能系统对于电池的需求明显增长，且未来成长潜力庞大，皆促使电池产业将更多心力放在开发符合这两大领域应用特性的电池产品，让氢能燃料电池、铝电池、甚至超级电容这些觊觎锂电池市场的另类选择，有了更大的空间可以发挥。

据了解，Tesla公司的Model3订单已累积达50万台，产值约新台币5,800亿，所需的锂电池产值约新台币2,000亿，所需的电池材料产值约新台币1,400亿。在储能市场方面，根据日本统计，全球电池储能系统将由2015年的1,313亿日圆，于2025年成长为7,423亿日圆，目前储能所使用的电池种类包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂电池等，其中又以锂电池为主，占有比例高达8成。

电池储能的种类多，成本是大量应用的主要关键点，根据美国能源局(DoE)所提出的2020年储能系统成本目标，希望电池储能系统全寿期的使用成本能够低于USD 0.1/cycle/KWh。

储能系统的需求与全球追求再生能源的趋势紧密相关。再生能源发电主要以太阳能光电及风力发电为主，而储能系统的导入可以解决再生能源发电不稳定的问题。再者，大量再生能源馈入既有电网时，会造成局部电网电压或频率的变动，因此需要电网型储能系统来让电网出力平滑化(frequency regulation)，以稳定电网电力的电压与频率输出。

根据政府的宣示，台湾将于2025年迈入非核家园，而大量再生能源设备的建置，势必需要搭配大量的储能电池。由于电池储能为内需市场，许多台湾业者也都寄望储能市场的崛起能突破台湾电池产业无内需市场支撑的困境。

与锂电池电动车争辉  氢燃料汽车不容忽视

电动车的电池应用是另一个备受瞩目的市场，尤其是TESLA的锂电池电动车声势浩大，然而，我们不能忽视的是氢燃料电池车也有其优势。

根据研调单位统计，近3年来燃料电池的出货量都有超过50%的成长率，且预期未来5？10年成本大幅下降，预估燃料电池市场将从2013年的6.3亿美元成长至2018年的25.4亿美元左右，燃料电池产值正逐年扩大，将由利基市场进入主流市场，其中成长潜力最大的应用就是在车用市场。事实上，Toyota、Honda、韩国现代都分别于2014？2017年量产燃料电池汽车。

台湾过去汽车产业未有完整产业链与自主关键零组件技术，因此投入燃料电池汽车研发，需配合国际研发分工与产业整合，元智大学燃料电池中心主任翁芳柏的看法是以材料零件或次系统为可能产业投入领域，材料零件如金属双极板开发、电池组量产与组装技术、高压储氢罐的碳纤材料与加工制程等。而系统整合技术则可考虑以电动摩托车或电动巴士为台湾产业可能进入的产业领域，因为此部分已有相对的产业基础。

整体而言，在此全球反核声浪高涨的情况下，建立稳定、安全、环保、价格低廉的电力来源已是刻不容缓，如何透过各种电池材料及技术的探索，打造乾净能源的可能性，这是朝非核家园迈进的台湾需加紧思考的课题。