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2019.06.18

【2019.06能源科技動態】電池就像三明治,配菜改變口味也跟著不一樣

(一)加入石墨烯與陰極電解質的全新鋰硫電池初登場

根據科技新報報導,瑞典查爾摩斯工學院團隊最近成功研發出一款全新鋰硫電池,從電池材料與結構這兩個面向著手改善,大幅提高電池效率,同時有效提升電池穩定性並降低電池重量。作法上主要是藉由加入石墨烯氣凝膠薄片,即將長條形石墨烯氣凝膠切成一片片的薄膜,再放入富含硫的陰極電解質溶液,利用石墨烯氣凝膠薄片具有多孔結構特性,吸收大量陰極電解質溶液以提高電池硫負荷。

過去鋰硫電池技術發展最大的障礙之一,就是硫容易溶解到電解質以及硫分子容易跑到陽極等缺點,始終無法有效改善,這也使得鋰硫電池效率、穩定性與使用壽命無法大幅提升。瑞典查爾摩斯工學院團隊就從這兩大痛點著手,將陰極與電解質合二為一,成功解決上述缺點,同時再利用石墨烯氣凝膠薄片的特性,有效提升電池使用效率。根據查爾摩斯工學院團隊提供的數據,此款新型鋰硫電池在充放電循環350次之後,電池容量仍可維持在85%,未來將有助於加速鋰硫電池的商業化進展。

就如同我們在前期報導中所提到的,美國電池材料新創公司Sila Nanotechnologies的新型態石墨─矽奈米複合材料,也是從鋰電池的材料及結構著手,運用一種名為插入式解決方案(drop-in solution)的做法,透過多孔支架在陽極上為矽挪出可膨脹與縮小的空間,避免產生充放電後陽極就粉碎的問題。顯然地,不管是新創公司或研發團隊,針對當前鋰電池效率、穩定性與壽命的解法,多是從電池本身的材料與結構下手,尋找新材料運用或結構改善。這就不免令人聯想到各家早餐店的三明治,隨著配菜改變或結構重組,口味也大異其趣。看來,新創公司若想在新能源科技領域取得一席之地,或許還是得盡早找到利基市場,方能凸顯自身特色。(https://bit.ly/2K6toE9)

 

(二)塗料與自癒新技術,提高電池壽命

如何提高鋰離子電池的性能與壽命,一直是近期新能源電池發展的一個重要目標。除了從材料及結構著手改進外,提升電池陰陽兩極的可充放性,也是許多新創及研發團隊的方向。特別是陰極材料在充放電過程中會不斷膨脹與收縮,導致層狀結構逐漸產生裂縫或是變薄,加上陰極不耐熱且容易與液態電解質起化學反應,連帶也會造成電池儲電與充放電表現不盡理想。因此,如何改進陰極結構,自然就成為延長電池使用壽命的關鍵之一。

最近美國能源部阿貢國家實驗室便為鋰電池陰極研製出一種全新的塗料保護層,可以形成一種類似防護罩的保護效果,避免陰極跟電解質起化學反應,也可以阻止陰極釋放氧氣。與過去陰極塗層技術不同的是,過去塗層保護技術僅能作用在表面,而這種新型的塗層技術則是可以深入到陰極材料內部,形成更強的保護效果,有助提高鋰離子電池的安全性。

此外,日本東京大學研究團隊則提出一種新型電池自癒技術,採用名為Na2RuO3的層狀氧化物,讓電池材料能自我修復,提高充放電能力,並進一步減緩電池的衰退速度。不過,目前東京大學這個研究團隊尚未提出實際的測試數據,還需進一步的研究與驗證。其實,電池自癒技術並不是一個全新概念,早於2013年,美國史丹佛大學及美國能源部國家加速器實驗室就曾開發出一種能自我修復的電極,概念也與此次東京大學研究團隊相仿,都是在陰極材料上作文章。

綜合塗層技術與自我修復的概念,可以發現,想要從陰極下手延長電池壽命,關鍵還是在於材料的採用。相信未來在材料技術的日新月異與突飛猛進發展下,我們將可大幅節省電池的更換速度,連帶也可加速達成節能減碳的環保要求。(https://bit.ly/2IsLH3khttps://bit.ly/2Io3Izy)

 

(三)燃料電池新進展,加拿大滑鐵盧大學成功研發出10倍壽命電池

最近加拿大滑鐵盧大學宣稱研發出一款可延長電池壽命10倍的新型燃料電池,可以用在插電式混合動力車(Plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)上,大幅提高經濟效益並降低燃料電池成本,甚至可以取代現今汽車內部的引擎。

根據維基百科,所謂的插電式混合動力車,是一種混合電力與石油的動力車輛。與一般混合動力車輛比較,PHEV的特徵在於其充電電池除了可由車輛上的引擎所驅動的發電機充電外,也可以使用外部電源充電。一般而言,PHEV的電池容量比純電動車小,但大多大於普通油電混合動力車的電池容量。在這樣的結構下,PHEV通常是用在短程的通勤需求上,電池續航力(以純電行駛,不須啟動引擎)大約40-60公里不等,但若需長途行駛時(超過一百公里),勢必仍需要汽油輔助行駛。因此,若加拿大滑鐵盧大學這款新型燃料電池真可量產並上路,確實有機會取代傳統汽車引擎,電池續航力也不會遜色於Tesla這類的純電動車,更可進一步達到節能減碳的環保要求。不過,目前仍處於實驗階段,相關的成本數據也付諸闕如,離真正上路或進入商用領域可能還有一段不小的時間。(https://bit.ly/2I4gowThttps://bit.ly/2XDjvB6https://bit.ly/2XBEAMfhttps://bit.ly/2K7rDqg)

 

(四)中國星恆電源宣佈獲得盈科資本領投8.1億元人民幣的Pre-IPO輪融資

根據36氪報導,盈科資本持續布局新能源領域,繼投資中材科技、萬潤新能源、雪人股份等多家公司後,本次鎖定在動力鋰電池大廠星恆電源上,領投8.1億元人民幣。星恆電源本輪計劃融資12億元人民幣,主要用於股權結構調整及全球市場的布局與擴張。由於星恆電源已是中國排行第一的電動自行車鋰電池供應商(占比超過一半以上),目前正積極拓展歐洲電動自行車業務(第二大鋰電池供應商),且在南亞發展迅速,分別設有歐洲星恆及印度星恆等分公司,因此亟需資金擴展海外業務、搶占市場。

目前電動自行車這類輕型車所用的電池大多仍以鉛電池為主,鋰電池比重並不高。然而,隨著環保要求提高與新能源科技投入,鋰電池毫無疑問將是未來輕型車電池的主流,加上輕型車電池市場規模預估將達數千億人民幣以上,發展前景極為看好。而星恆電源產品主要應用於輕型電動車和新能源汽車,顯然將充分受益於輕型車鋰電池市場的快速成長,有機會在這個領域占據一席之地,未來甚至可能進一步擴展至新能源汽車領域的高附加價值產品,例如星恆已與長安、吉利、奇瑞、瑞馳、東風等主流車廠合作,提供這些車廠各類型電動汽車的動力來源,如純電動的轎車、多用途乘用車、物流車及環衛車等,都可看見星恆電源鋰電池的影子。這無疑也是盈科資本願意投入巨額資金的主因。(https://bit.ly/2K4RDTm)

 

參考來源

科技新報、維基百科、Techcrunch、kknews、ChargeSmith (吳孟道摘要整理)