台灣電池協會
理事長
李桐進
承德科技股份有限公司
副總經理暨技術長
周志勳
德州儀器工業股份有限公司
電源應用經理
郭懷天
維電科技股份有限公司
總經理
劉宏彥
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電池技術的發展,主要受到3C產品及日漸崛起的電動車及儲能市場的需求所左右。首先,在消費性電子產品所需的電池方面,近年由於手機等行動裝置幾乎是無止盡地追求性能提高及功能增加,因此對於電池長效性帶來更嚴苛的考驗,也就是要在現有的輕薄化設計中,以更少的電池提供更高的電容量,電池能量密度的提升幾乎已到了走火入魔的地步。
在2016年鬧得沸沸沸揚揚的三星Note 7電池爆炸事件,箇中原因就是Samsung集團旗下的Samsung SDI將電池體積能量密度一舉擴充至691Wh/L,導致電芯隔離膜厚度太薄,電池的不安全性升高。套句台灣電池協會理事長李桐進所言,「電池是需要呼吸空間的,不
3C裝置的電池爆炸事件頻傳,促使3C裝置製造業者及消費者越來越重視電池安全議題,在這樣的氛圍下,輝能科技的固態鋰電池較以往更受到矚目。該公司結合軟性電路板推出的「軟板薄型鋰陶瓷電池」,不僅具備高水準的安全性,且由於能自由彎曲且薄型化,所以適用於各種應用,包括3C產品、穿戴式裝置、電動車,甚至是國防、航太等領域。
採用固態電解質 避開燃燒爆炸風險
不同於一般的鋰電池採用液態或膠態電解液,因此會有隔離膜被穿刺;導致電池電解液漏出,甚至爆炸起火的風險存在,輝能的鋰電池採用固態鋰陶瓷電解質(Lithium-Ceram
在三星Samsung的Note7電池連番發生爆炸事件後,手機的電池安全性一時成為當紅議題,事實上,另一個領域更是絕對容不下電池有一絲一毫的安全疑慮,那就是電動車應用。隨著全球主要國家大力推動電動車,以電動車取代燃油車已是確定的方向,而影響此目標實現速度的關鍵因素之一,就是高能量及高安全性動力鋰電池的開發和量產進度。
工研院材化所陳金銘博士表示,「不同於一般3C產品的短生命週期,汽車的產品週期拉長許多,用於電動車的動力鋰電池需至少保障10年的安全期限。」基本上,動力鋰電池技術的研發方向相當明確,包括保障安全性、提高電池能量及縮短充電時間。
在各種電池種類中,台灣產學研界對於燃料電池的討論聲量在近年相對較小,然而,根據元智大學燃料電池中心主任翁芳柏的觀察指出,「台灣投入燃料電池領域的業者在2016年顯然較以往活躍許多,近期更出現明顯回溫。」
事實上,自2011年起,美國的Bloom Energy所生產的SOFC系統,其中有5成以上元件就是由台灣供應。美國Bloom Energy的SOFC系統一年的安裝量約30∼40MW,主要市場是北美的資料庫中心,台灣目前參與Bloom Energy燃料電池產業鏈的業者包括康舒及高力熱處理公司等,供應的年產值(2014年)約有20億元。
數種燃料電池中最
全世界第一款超級電容在1970年代上市,至今已歷經數十年發展,然而超級電容並非電阻、電感及電容等標準被動元件,因此許多電子工程師無法充分掌握超級電容的特性,造成超級電容的市場普及進展有限。不過,自1997年就開始發展超級電容器的唯電科技團隊,在歷經漫長的開發時期後,已有多款產品獲客戶青睞使用於應用端產品。
毫法拉電容量 可提升瞬間功率
超級電容是由兩個多孔性的平板和電解質所組成。當施加電壓於平板,正極平板會吸附電解質的負離子,同時負極平板吸附電解質的正離子,當超級電容放電時,正極平板和負極平板會同時釋放電
台灣電池產業要進一步發展,首要條件是必須要有足夠的內需市場支撐,如此才能擴大生產規模進而降低成本,賦予台灣電池產業足夠的競爭力。對此,於2016年接任台灣電池協會一職的倍特利能源科技公司董事長李桐進指出,「政府的再生能源政策預期將帶動台灣儲能系統的內需市場,這將是台灣電池產業的一次契機,不容錯過。」
推動儲能政策 導入循環經濟思維
有鑑於台灣電池產業亟需儲能市場此一舞台,李桐進接任數月以來積極與政府相關單位溝通及推動儲能相關政策。整體而言,電池儲能系統(Battery Energy Storage Sy
隨著電動車及儲能市場規模成形,對於鋰電池的消耗量大增,Tesla本身預估在其鋰電池工廠產能全開的情況下,2020年就將消耗8,000公噸的鋰原料,因此過去不曾讓人煩惱的鋰原料供應,近來卻成為鋰電池發展的隱憂之一。
根據美國地質調查局於2015年初估計,全球鋰資源約為3,950萬公噸,具備商業開採價值的鋰儲備量則僅有1,351.9萬公噸,而如果電動車與能源儲存市場快速進展,則全球一年鋰原料需求至2040年可能高達80萬噸,如此一來,鋰原料在17年內就會被使用殆盡。
因此,在規劃電池產業的長期布局時,極度缺乏天然資源的台灣勢必要將原材料的取得考量在內,
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鋰電池為主的動力電池市場大幅度的成長,從早期筆記型電腦與各式各樣的行動裝置的電池組(Battery Pack)產品,轉變到電動車所需要的動力電池的產品線,隨著美輪美奐的電動車與電動巴士市場持續發燒熱賣,以及各國政府的大力鼓吹獎勵與補助政策奏效,一舉帶動動力電池強勁需求,國際上相關的大型電力電池生產投資案,動則數十億元以上的投資,受到萬方的矚目。
承德科技在電池的檢測設備市場上已經31年,所開發電池產品製造與驗證的測試解決方案,在業界久負盛名,技術長周志勳博士從2013年受邀加入承德科技後,除了順利承接日系電池芯大廠的檢測設備訂單之外,幾
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橫跨多重電子應用領域、全球領先的半導體供應商意法半導體(STMicroelectronics;ST;紐約證券交易所代碼:STM)的TSU111低功耗運算放大器,晶片封裝面積僅1.2mmx1.3mm,具備900nA的典型工作電流,將其類比電路的尺寸和功耗降至最低,並適用於醫療監視、穿戴式設備、氣體檢漏儀、pH感測器、紅外線動作感測器和支付標籤。
TSU111極低的工作電流,如同一般電容的漏電流,耗盡一顆220mAh的CR2032鈕扣電池需要長達25年。因此,這款運算放大器對整體系統功耗的影響是微乎其微。
同時,TSU
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近幾年不乏聽聞電子產品而導致意外的情況。主要原因大多是個人電腦或手機的鋰電池過熱、著火而造成意外。鋰電池為何會產生異常的熱或是著火?研究顯示,很可能是電池內部短路所造成。
而金屬顆粒穿過了隔離膜常常就是造成短路的主因。因此為了安全性考量,檢驗鋰電池中的正極、負極及隔離膜中的金屬粒子是非常重要的。EA8000 X-Ray具備了快速檢驗與識別元素並具有高解析度等特性。
EA8000 X-Ray能夠快速檢測及識別元素,在燃料電池和鋰離子二次電池的電極板中分辨大約20微米直徑的金屬微粒。鋰離子二次電池和燃料電池中電極材料及
隨著新能源、物聯網(IoT)、綠能交通領域的演進,從行動裝置、機動設備乃至交通工具,對電池元件能量密度、電池續航力及管理技術的優化需求一再提升。觀察目前全球科技產業發展趨勢,電池新應用多圍繞在IoT/Beacon可攜式、移動式消費性穿戴裝置產品、電動汽機車及新能源材料等領域。在新能源、綠能節碳成主流的時代,電池技術及安全的進化與勁化,將成為競爭市場勝出的重要關鍵。
綜觀電池領域,2016火熱的議題不外乎圍繞在南韓科技大廠手機自燃事件。儘管業者針對起火事件報告尚未正式出爐,但業界推測手機起火原因不只是單純電池問題,除了過度擴充電池容量之外,也可能是電芯隔離膜設計
電池技術及應用的高速發展,進而帶動3C消費性電子產品、IoT聯網設備,以及日漸崛起的電動車、儲能產業電池使用的多樣性。尤其全球各國逐漸對環境永續、綠能產業的重視,電池設備如何延長生命週期、降低使用風險、提升二次利用等循環經濟效益,便成為電池產業未來重點方向。
隨著物聯網(IoT)生態圈的逐漸成形,各種行動聯網設備、消費性電子產品皆需要更穩定的電力供應,因此在電池技術革新上,為了回應能量密度提升、電流穩定、低能耗等需求,在現有的輕薄化設計,用更少量電池提供更高電容量,則成為電池業者不斷追求的目標。當然從學研單位研發的新材料技術,同時也幫助電池產業在化學材料結合電學的應用上,
積極發展電池儲能技術,儲電系統是台灣未來必須搶攻的產業機會。台灣電池協會理事長李桐進指出,大陸過去5∼10年成立100多家電池廠,近年更投入5,000億台幣提升電池相關技術,台灣跟週邊國家例如日韓、大陸競爭時,電池的關鍵技術核心在系統控制。所以在儲電系統這塊,台灣應積極發展再生能源提升發電配比,同時解決尖峰用電問題,才能建立內需市場實績,擴大產業出海口。
儲能系統是一項對未來再生能源電網發展,帶來革命性變化的技術。目前各類技術處於快速發展階段,台灣應採取多元鼓勵策略,儲電系統加速在新能源發電和用戶端的試點應用。
觀察國際市場發展趨勢,歐盟再生能源併網
過去從生產到消費講究一次式線性經濟,但隨著環保意識高漲,以及電動車在全球市場逐漸開拓商機,如何讓相關組件(例如電池)達到二次使用的回收效益,將是未來循環經濟的追求目標。
承德科技副總經理暨技術長周志勳指出,承德科技在電池檢測設備市場具有31年資歷,從前端研發,中端生產、檢測,末端電池壽命週期的健康狀態診斷測試,已涵蓋汰役後的梯次應用支援,提供相當完整的解決方案。
為了實現循環經濟的可能性,在電動車汰役電池設計及商業布局有四點需要思考:1. 重新設計產品、2. 重新設計製程、3. 建立反向物流(回收)系統、4. 重新設計商業模式。
電源技術方案是德州儀器長期重要的關注領域,針對筆記型電腦與手機充電架構設計考量議題,德州儀器電源應用經理郭懷天首先提到,歐盟2013年一份報告中指出,過去不同手機型號擁有各自充電器規格,由於手機充電器快速替換間接造成環境汙染,因此開始對共用性充電器(Common Charger)產生需求,所以市面才開始廣泛使用USB Connector。
不過隨手機應用軟體功能越多,對電流、電力續行要求也逐漸提升,現有USB規範USB2.0, USB3.1, bc1.2規格已不足夠。因應需求Type C順勢問世具備高整合度、功能強、可傳大電力等優點,其特點包含24-pin可反插、支援US
鋰離子二次電池(LIB)目前廣泛運用在筆電、手機及電動車領域,也就是人們日常使用中與鋰電池的接觸息息相關。2016年智慧型手機鋰電池意外事件,讓電池廠對電芯、正負極材料的選用更為謹慎,如何在電池生產階段做到材料測試、進料檢驗等源頭把關,進而提升鋰電池使用良率及可靠性更顯重要。
緯利副總經理余傳宗指出,由於鋰電池的能量密度需求一再提升,但高能量密度卻容易導致熱失控、著火等安全問題,追溯其可能原因,應是電池內部金屬污染物所造成的電池短路所引發。為了提升金屬異物管理技術,避免電池內部短路潛在風險,目前業界由日立推出、緯利代理的鋰離子電池用X射線異物分析儀EA8000,針對電池
隨著物聯網被視為下個科技大事,IoT、Beacon連網裝置設備的電池需求進而帶動超級電容的應用。電池使用效率在電池模組是2.6AH、負載電流3.76A設定下,觀察電池模組重負載的溫度效應,發現一般電池的能量熱損耗溫度增加24.9℃,但導入超級電容5mF後,溫度僅升高6.5度℃,隨著大幅降低電池的熱損耗,可達到延長電池使用時效的效益。
唯電科技總經理劉宏彥指出,電池模組閃光負載將產生壓降。也就是電池模組開始有重負載,連續拍照與閃光使得電池過度放電而造成電壓降低,電位不穩定、溫度升高就可能意外當機等問題。但加裝超級電容即大幅改善電池過放電問題,提升電池電壓穩定、電池回電快速。
由於鋰電池具有高能量密度、高安全性、高功率充放電、長循環壽命等特性,預估2020年全球鋰電池市場達144GWh。尤其動力鋰電池的應用,將高度使用在電動車(50GWh)與電動巴士(17GWh)。
台灣目前鋰電池產業現況,整體鋰電池產值超過1,235億台幣,主要以3C及輕型電動車輛電池模組為主達1,100億、電池芯約50億,鋰電池材料約85億(包括正極負極電解液銅箔等),其中鋰電池材料年均成長率11%。因應電動車與儲能系統需求,可預期未來鋰電池材料需求將大幅成長,進而帶動台灣鋰電池產業的發展。
目前台灣有哪些新能源材料開始導入到電動車電池?工研院