鋁電池開發躍進 進入量產準備階段

工研院綠能所楊昌中博士。

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，循此脈絡，鋁被視為是取代鋰金屬做為電池材料的最佳選項。

工研院與史丹佛攜手  突破鋁電池瓶頸

工研院綠能所楊昌中博士指出，「相較於鋰，鋁是地殼中蘊藏量極為豐富的金屬，約佔地殼8%，且其具有價格便宜和安全等特性，因此一直是世界各國電池儲能研究團隊鎖定研發的材料。」然而在幾十年的研發歷史中，鋁電池的許多問題，包括壽命不足、效率低、無法商業化等問題一直無法充分解決，工研院與史丹福大學合作開發的「可高速充放電的鋁電池」技術，終於突破了困境。

此研究開發的鋁離子電池具有壽命長、安全穩定、充電速度快等特性，不到1分鐘就能充滿，充放電壽命超過7,500次，高於車用鉛酸蓄電池的800次及鋰電池的1,000次。

液態鹽無機溶劑  大幅提高電池安全性

在這次的合作中，史丹福大學提供陰極石墨材料，工研院則提供鋁鹽電解液技術。此研究成果論文於2015年4月登上英國《Nature》期刊，並在台灣及美國申請專利，且之後更入圍創新研發界的奧斯卡獎－2016全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)。

據悉，歐盟於2015年6月發布整合13個單位力量的鋁電池研究計畫，較工研院論文發表時間晚了兩個月，「我們應該是目前距離量產目標最近的研究單位。」楊昌中說。

不過，他也提到在成功量產前尚需克服重重的挑戰，其中包括鋁鹽電解液的來源及價格問題。楊昌中指出，「一般電池主要使用的電解液成分是以有機溶劑為主，一旦發生短路時就容易起火，而我們採用的是無機溶劑，即使遇到高溫短路也不會起火，安全性大幅提高。」此無機溶劑的原料是能在室溫下呈現液態的鹽類，經過無數次調配，工研院團隊發現EMIC(氯化1-乙基-3-甲基咪唑)和AlCl3(氯化鋁)這兩種鹽類的混合能產出最完美的電解液。

2018進行Beta測試  進軍儲能市場

然而，目前全球幾乎只有德國一家廠商生產此溶液，且尚未有實際的工業應用，因此售價頗高，「我們現正積極推動國內特用化學廠商願意投入此溶劑的生產，藉以降低成本。」楊昌中並提到，「我們也在考量是否要更改製程及開發自有設備，以樹立更高的技術門檻，藉以提升將來進入市場時的競爭力。」

「可高速充放電的鋁電池」訴求的市場應用涵蓋儲能，以及堆高機、搬運機器人等工業應用，預計2017年完成材料的量產準備；2018年電池芯量產；2018年底於實際場域進行Beta測試。「我們希望能讓鋁電池在未來兩年內真正進入市場。」楊昌中說。