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淨零碳排 鋰電池扮要角

提要

車廠、工業集團等開發下世代技術 建構綠色循環鏈 解決仰賴化石燃料難題

在科技不斷發展下,透過建立鋰電池的綠色循環,可望解決人類大量仰賴化石燃料的難題。
(本報系資料庫)
在科技不斷發展下,透過建立鋰電池的綠色循環,可望解決人類大量仰賴化石燃料的難題。 (本報系資料庫)

本文共1471字

經濟日報 工業技術與資訊

隨著科技的發展,加上2050淨零碳排浪潮下,電池將是進入高度成長的產業。展望下世代電池發展,需求主要有兩大面向,一是定置式儲能,如家庭、工商、電網的儲能系統;二是移動式儲能,如電動車、電動機車、電動巴士等;其中下一個世代鋰電池應用,又以電動車最受矚目、商機最大。

隨著電池應用推陳出新,鋰電池在能量密度、循環壽命、續航力、成本、安全等面向都須朝向更高規格發展,也因此從汽車大廠、工業集團到新創公司紛紛投入開發下世代電池技術。

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鋰離子電池前景固然看好,但至今仍有許多挑戰需要克服,傳統鋰離子電池的能量密度有其上限,要再進一步提升,以鋰金屬做為負極取代石墨。然而,鋰金屬在液態電解液進行電池充放過程中會生成鋰枝晶(Lithium Dendrite),穿過隔離膜觸及正極,易造成電池短路甚至爆炸,加上鋰離子電池的電解液是液態有機溶劑,容易被火苗點燃導致安全問題;隨著充放電次數增加,電池壽命也深受影響。因此開發更安全、更高續航的下世代固態電池,已是國際間最受矚目的關鍵技術。

所謂固態電池,即以固態電解質取代液態電解液,增加高能量電池的安全性,使固態電池能量密度達450~500Wh/kg,是傳統鋰離子電池的能量密度180(鋰鐵電池)~250Wh/kg(鋰三元電池)的二倍,同時兼具高安全性與不漏液的優點;固態電解質可抑制材料反應,不易燃燒、並可延長電池壽命;固態電池較輕,相同電容量的固態電池,重量僅為鋰離子電池的一半。

放眼國際大廠在固態電池的發展,蘋果2012年就布局全固態電池專利,期待將技術應用於平板、筆電及穿戴裝置;全球車廠也積極與電池廠商合作開發,如BMW與儲能新創Solid Power合作鋰金屬固態電池,預計2025年推出原型、2030年推出量產車款;賓士與台灣輝能及法國電池新創製造商Automotive Cells Company(ACC)簽訂合作協議,研發共同研發固態電池芯及模組,力拚未來幾年內打造採用固態電池的測試車;福斯投資美國新創QuantumScape,幫助提升電動車續航里程及循環穩定性。

日本豐田(Toyota)首席科學家兼豐田研究所所長Gill Pratt在CES 2022中指出,豐田第一款配備固態電池的豐田車可望在2025年登場;日產汽車(Nissan)於今年4月準備2024年建成測試生產線,著手研究生產原型電池材料、設計和製程,目標2028年上市首款配備全固態電池的電動車,並逐步配備到所有車系。

電池被視為安全供應鏈中的戰略物資,在追求高性能下世代電池的同時,伴隨而來是未來將有大量汰役的鋰電池,如何循環回收再利用,減少生產鋰電池所需的能資源耗用,「從搖籃到搖籃」的鋰電池科技將是產業朝向淨零碳排不可或缺的課題。彭博財經社預估,到2040年,全球三分之二的車輛是電動車,每輛車搭載的電池系統,內含數百乃至上千個鋰電池芯,一旦電池續電力不足,或車輛報廢所產生的鋰電池廢棄物,可說是相當可觀。針對報廢鋰電池處理,工研院也開發出濕法提煉技術,將有價金屬回收再利用。

鋰電池的發展為民眾帶來便利的生活,已成為今日數位生活的要角,每年數以億計的手機、筆電等3C產品,電動車、綠能儲能等新興需求,推升鋰電池市場爆炸性成長。鋰電池從創新電池材料、電池芯、電池模組、電源管理系統開發,到功成身退的汰役電池降階使用及有價材料回用,每個環節都吸引各大廠商積極投入開發,使電池產業成為備受矚目的兵家必爭之地。

在未來科技不斷發展精進下,透過建立鋰電池從生產、廢棄到再生的綠色循環,可望解決人類大量仰賴化石燃料的難題,邁向淨零碳排的願景。

鋰電池應用以電動車最受矚目、商機最大。(網路照片)
鋰電池應用以電動車最受矚目、商機最大。(網路照片)

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