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鋰離子電池化成原理及SEI膜的形成

https://kknews.cc/science/pem2l3z.html

為什麼要化成?
電池製造後,通過一定的充放電方式將其內部正負極物質激活,改善電池的充放電性能及自放電、儲存等綜合性能的過程稱為化成。
什麼是化成?
鋰電芯的化成是電池的初使化,使電芯的活性物質激活,即是一個能量轉換的過程。
鋰電芯的化成是一個非常複雜的過程,同時也是影響電池性能很重要的一道工序,因為在Li+第一次充電時,Li+第一次插入到石墨中,會在電池內發生電化學反應,在電池首次充電過程中不可避免地要在碳負極與電解液的相介面上、形成覆蓋在碳電極表面的鈍化薄層,人們稱之為固體電解質相介面或稱SEI膜(SOLIDELECTROLYTEINTERFACE)。
SEI膜的形成一方面消耗了電池中有限的鋰離子,這就需要使用更多的含鋰正極極料來補償初次充電過程中的鋰消耗;另一方面也增加了電極/電解液介面的電阻造成一定的電壓滯後。

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回顧 2019 年長時間能源儲存發展五大進展

發佈日期: 2020 年 01 月 07 日 17:19 | 作者: TechNews |

 

能源儲存近年來在鋰電池成本快速下降下發展起飛,不過長時間能源儲存領域還在等待良機。2019 年長時間能源儲存領域,開始有一些發展曙光,使產業界期待 2020 年能成為長時間能源儲存領域起飛的時間。在 2020 年的開頭,就來回顧一下 2019 年長時間能源儲存領域發展的五大趨勢。

進展一:投入資金方面看到「春燕」

長時間能源儲存領域受到投資市場重視的程度,過去遠遜於其他綠能領域,這個現象到了 2019 年有了轉機。

2019 年 8 月,軟銀(SoftBank)願景基金(Vision Fund)領投瑞士、美國合資的重力儲能新創公司能源庫(Energy Vault)總金額 1.1 億美元的 B 輪募資,軟銀投顧(SoftBank Investment Advisers)合夥人安卓亞斯‧漢斯森(Andreas Hansson)也因軟銀願景基金此次投資而加入能源庫的董事會。這是對靜態儲能技術單一最大投資。

軟銀願景基金來近來因為 WeWork 投資案而灰頭土臉,過去也尚未在能源儲存領域有投資勝果,不過資金就是資金,願意投資的本身,就是對產業投下信任票。不僅能源庫獲得投資,鐵液流電池新創事業 ESS 在 C 輪募資也得到軟銀旗下的軟銀能源(SB Energy)以及比爾蓋茲的突破能源創投(Breakthrough Energy Ventures)3,000 萬美元投資。

化學儲能公司 Form Energy 也自義大利石油巨擘埃尼(Eni)等投資者得到 4,000 萬美元投資,原本預計 10 年才能商業化,得到資金後預計 3~5 年內可商業化上市。加拿大壓縮空氣儲能廠 Hydrostor 則募資 3,700 萬美元,用來進行澳洲的計畫。

過去所謂的長時間儲能,其實往往指的只有 6 小時,這相對於鋰電池適用的 4 小時儲能時間,只能說是「稍微比較長的時間」而已,與鋰電池差異不大的狀況下,鋰電池成本下降、效能提升後,就毫無招架之力,但如今長時間儲能領域的代表廠商,已是可以儲能半天甚至數天以上,不可同日而語,這也是資金再度願意投入的原因。
進展二:安全因素成為電池的重要考量

2019 年 4 月亞利桑那公共服務公司(Arizona Public Service)電池廠起火爆炸,以及南韓數起電池起火事件,表示即使電池的專業在工廠都會有起火事件,這讓能源儲存廠、客戶、監管單位,都對電池的安全性有了更高警覺心。

鋰電池的高能源密度,是適用於行動裝置的原因,但同樣的特點,也讓鋰電池特別危險,畢竟能源密度越高的物質越容易有起火爆炸風險,這點不只電池,汽油也是一樣,而當鋰電池的安全問題納入考量時,其他儲能技術也就相對有利。

液流電池不像鋰電池有起火爆炸風險,重力儲能也是,不過,高能量密度終究還是有潛在危險性,雖然重力儲能不會爆炸,但會有崩落的風險,壓縮空氣儲能雖然不會起火,但也會有爆裂的風險。只是,與鋰電池的起火風險相較之下,其他技術一旦能壓低成本,在安全性就有競爭空間。

進展三:借用既有技術的液態空氣儲能

長時間儲能領域大體可分為兩個發展方向,一是開發完全為長時間儲能全新開發的技術,例如化學儲能公司 Form Energy 與 ESS 的液流電池;另一個方向是借用其他領域已經成熟的技術來轉變使用方式,例如能源庫把工程用的吊車塔,拿來改造為重力儲能用途,Hydrostor 則利用已成熟的壓縮空氣技術及礦業的挖掘坑道技術。

高景能源(Highview Power)也是後者其中之一,借用油氣產業已經成熟的液化氣體技術,將空企液化之後釋放,成為推動發電渦輪的動力。

採用已經成熟產業的技術,一方面能避免開發新技術面臨不確定性的風險,一方面能利用成熟產業鏈已經規模化生產的供應鏈,避免供應問題並降低成本,理論上是如此,不過要將理論化為實際,還要找到能帶來商業營收的策略夥伴。

高景能源於 2019 年底宣布與美國安可可再生能源(Encore Renewable Energy)合作,計劃在佛蒙特州建造至少 50 百萬瓦(megawatts)40 萬度,可儲能 8 小時的計畫,預定於 2022 年底或 2023 年初完工上線。目標是提供佛蒙特州多種電網服務:協助整合可再生能源、電網慣性、頻率調整、化解輸電擁塞等等,不過目前還在與電力公司商談階段。

佛蒙特州是可再生能源占比較高的州,也就比其他州更快會遇上可再生能源造成輸電瓶頸的問題。許多主張認為政府訂下零碳排目標時程表,有利於長時間儲能的發展,過去這些主張大多只是紙上談兵,如今佛蒙特州的例子可說證明了這樣的主張。

進展四:再保險推動液流電池

液流電池過去在需要輕薄短小的行動裝置電源之爭中,毫無機會的敗給了鋰電池。電網級能源儲存不需要移動,因此對輕薄短小的要求不高,本來應該是液流電池反攻的大好機會,但是卻仍然慘敗給鋰電池,目前能源儲存市場上 99% 都是鋰電池。

不過,鋰電池不擅長長時間、大量電力的能源儲存,這讓液流電池又有了新的利基,但是當液流電池主打比鋰電池更安全、壽命更長的同時,所有的液流電池廠商規模都還遠小於鋰電池大廠,或許幾年後會不會存活都不知道,又要如何來保證 20 年後的產品壽命呢?

不過,若拿不到訂單,液流電池廠當然也不可能成為大廠,要解決這個雞生蛋蛋生雞問題,金融機構的角色就出現了,慕尼黑再保險(Munich Re)決定投入,成為液流電池廠背後的信用基礎,慕尼黑再保險的潔淨能源團隊,針對 ESS 的鐵液流電池技術做了完整的分析,每個環節拆解細分,研究可能發生故障問題的機率,以及故障將會造成多少損失金額,據此為  ESS 產品推出保險,客戶未來若在保固期間內發生任何問題,即使到時 ESS 可能已經不幸倒閉,都有慕尼黑再保險負責。

如此一來,就解決了大部分客戶的信心問題,不必擔心廠商是否規模夠大、能存活與否。不過,這不代表銷售就會直接起飛,液流電池競爭對手  Vionx 在 2017 年得到類似的保險產品支持,但生意並沒有一飛衝天。雖然解決了顧客的部分疑慮,液流電池廠仍必須強調出自己的優勢才行。

進展五:壓縮空氣儲能廠 Hydrostor 完成百萬瓦規模計畫

壓縮空氣儲能原本在理論上是一種可行的儲能方式,但是傳統的壓縮空氣儲能太過仰賴地質環境上既有的地穴,使得發展受到地理限制而難以實現。Hydrostor 則想到利用人類原本挖出來的各種礦坑、豎坑來做為壓縮空氣儲能的地穴,降低了開闢地穴的成本,也大為擴展了可用空間與地理位置。

2019 年 Hydrostor 於加拿大安大略完成了第一件百萬瓦規模的計畫,可以 2.2 百萬瓦容量儲能,以 1.75 百萬瓦容量放電,儲存總電力可達 1 萬度。該計畫將為安大略的獨立電力系統(Independent Electricity System Operator)提供電網服務,包括尖峰時提供額外容量以及其他電網服務。

Hydrostor 達到百萬瓦規模計畫,有利於建立客戶的信賴、加速推動業務,之後 Hydrostor 還將完成澳洲的計畫,進一步提升客戶的信賴,下一步,Hydrostor 喊出要達到 100 百萬瓦規模計畫,充滿雄心壯志,若真能達到,勢必能對長時間儲能的發展有很強的推動力。問題只在於:誰會是首個 100 百萬瓦規模計畫的那個客戶呢?

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鎘與食物安全

鎘與食物安全

食物安全中心風險傳達組
科學主任郭麗儀女士報告

本文是《食物中的金屬污染物》系列之三,將會集中探討鎘這種金屬,包括人們攝取鎘的途徑和減少攝入鎘的方法。

鎘是什麼?鎘來自何處?

鎘是天然存在於地殼表面的金屬元素。純鎘是銀白色的軟金屬,在環境中通常與氧氣、氯氣或硫磺等其他元素結合成礦物。鎘不會在環境中分解,但會轉化為不同形態混合於泥土或以不同程度溶於水中。

鎘在工業上的用途很多,例如電鍍、生產顏料,以及用於製造塑膠穩定劑及顏料、鎳鎘電池和電子產品等。由磷礦生產的肥料,以及採礦和礦物提煉等工業活動則是環境污染的主要來源。大氣中的鎘主要來自燃燒煤和石油等化石燃料,以及焚燒都市垃圾。 空氣中的鎘粒子可以飄至千里之外,然後才像塵埃般沉降 到地上 , 又或 隨雨、雪落在地上。

人們如何攝入鎘?

人們會從工作環境中吸入鎘,例如在熔煉或提 純 金屬的過程中吸入含有鎘的煙或塵,又或在鎘製品工廠中吸入含有鎘的空氣。至於一般人,則主要從食物中攝取鎘。農作物如生長在受鎘污染的土壤中、以受鎘污染的水澆灌或施用了含鎘的肥料,其鎘含量可能較高。同樣,陸上動物如所吃的牧草或飼料含有鎘,其內臟 ( 腎及肝 ) 的鎘含量亦可能較高。魚類和貝類如生活在受污染的水域,亦會攝取到鎘。

插圖: 鎘含量可能偏高的食物例子 : 豬肝臟 ( 左 ) 和腎臟 ( 右 )

插圖:鎘含量可能偏高的食物例子 : 貝類

吸煙是攝取鎘的另一來源。每天抽 20 支煙會攝取到 1 至 4 微克鎘,因此吸煙者每天攝取的鎘分量可能較非吸煙者高出一倍。

鎘對健康有何影響?

雖然從食物攝取鎘導致急性中毒的機會微乎其微,但長期攝取鎘會損害腎功能。 世界衞生組織轄下國際癌症研究機構認為有足夠證據證明因工作關係而攝取到鎘和鎘化合物,會令人患癌。聯合國糧食及農業組織/世界衞生組織聯合食物添加劑專家委員會曾評估鎘的安全,認為從飲食中攝取鎘,似乎不大可能令人患癌。此外,該委員會又訂定鎘的暫定每周可容忍攝入量,按每公斤體重計算是 7 微克。

較 早前進行的一項 研究 顯示,本港中學生從食物攝取鎘的分量低於暫定每周可容忍攝入量,換言之,他們從食物中攝取鎘而導致健康受損的機會不大。該研究又進一步指出,”魚類以外的海產” ( 即貝類 ) 是中學生攝取鎘的主要食物類別 (33%) ,其次依序為”穀類和穀類食品” (27%) 和”蔬菜” (17%) 。

給消費者的建議

  1. 向可靠的供應商購買食物。
  2. 保持均衡飲食,有節制地進食鎘含量可能偏高的食品,例如貝類、腎臟和肝臟。
  3. 在烹煮前,用清水浸透和徹底洗淨蔬菜,特別是葉菜。
  4. 不要吸煙。

給業界的建議

奉行優良務農規範以減少食用農作物和動物受到鎘污染。

 

來源:https://www.cfs.gov.hk/tc_chi/multimedia/multimedia_pub/multimedia_pub_fsf_16_02.html

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一級致癌物!日本百合、旗魚片驚見鎘超標已銷毀退運

依據我國「食品中污染物質及毒素衛生標準」,重金屬鎘的限量標準為0.05 mg/kg,但在日本北海道地區進口的百合和正旗魚片分別檢出0.09mg/kg和鎘0.24 mg/kg,

林口長庚醫院臨床毒物中心主任顏宗海表示,鎘是第一級致癌物,對人體有明確致癌性,長期暴露會增加肺癌和前列腺癌的風險。由於鎘是提煉鋅的副產品,常被用來用作鎳鎘電池、染料、塗料色素或是製造塑膠的穩定劑,因此常發生在工人因吸入鎘引起急性鎘中毒

顏宗海表示,鎘經由食物進入人體約有6%會被吸收,但因為會在體內累積,長期食用可能造成慢性中毒,主要對腎臟和骨骼造成傷害,引起腎小管傷害、軟骨症和痛痛病。過去常會看到海鮮會驗出鎘,另外若是農地遭受鎘污染,農作物也可能鎘含量超標。

兩項進口產品皆來自北海道,是否代表該地區遭受鎘污染?食藥署科長陳慶裕表示,由於兩項產品分別來自海洋和陸地,因此無法斷定北海道地區的農田遭受鎘污染。但將會持續監測該地區的進口產品,若繼續有鎘含量超標的情況,將會與日方進行了解。

另外,從日本進口的抹茶、金柑和鮮奇異果、馬來西亞出口的肉骨茶藥膳湯料,以及瓜地馬拉進口的綠豆蔻等食品,也因驗出殘留農藥含量不符規定與防腐劑含量不符規定等原因而全數遭退運或銷毀。

日本進口的旗魚片亦驗出鎘超標,但是否代表該地區遭受鎘污染,則待確認。圖/食藥署提...
日本進口的旗魚片亦驗出鎘超標,但是否代表該地區遭受鎘污染,則待確認。圖/食藥署提供
日本進口的百合驗出鎘超標,1萬多公斤全數遭退運。圖/食藥署提供
日本進口的百合驗出鎘超標,1萬多公斤全數遭退運。圖/食藥署提供

來源:https://udn.com/news/story/7270/4259931

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廢工業用鎳鎘電池毒害環境  環保署將清查流向

  在工業界普遍使用的工業用鎳鎘電池,目前國內並無回收處理管道,使用年限過後常以廠內貯存或夾帶在五金廢料中丟棄的方式處理,造成環境污染。因此,環保署正著手清查此類廢棄物流向,作為進一步管制辦法的規劃參考。

  環保署表示,由於歐盟將於近期內討論禁用可攜式鎳鎘電池的可行性,顯示加強含鎘電池的管理已成為世界潮流所趨,因此,該署除已將含鎘廢乾電池公告為應回收廢棄物,也委託顧問公司由歷年海關進口資料篩選鎳鎘蓄電池和其他疑似含鎳鎘電池機具的業者名單,以問卷調查方式進行普查;針對工業用鎳鎘電池大量使用者,也進行現場訪查,以瞭解實際使用及清理流向。

  鎳鎘電池為鹼性電池的一種,工業用鎳鎘電池外觀和鉛酸電池類似,但電池的正、負極材料分別以鎳及鎘製成,電解液則為鹼性氫氧化鈉溶液。鎳鎘電池價格雖然較鉛酸電池昂貴,但具有使用壽命長、充放電速率高、電壓穩定且電壓不易隨使用時間降低等優點,因此廣泛使用於運輸業、發電業、通訊業及高科技產業。由於國內並沒有工業用鎳鎘電池製造產業,所需電池都仰賴進口,根據歷年海關進口資料統計,平均每年進口工業用鎳鎘電池約為360公噸。

  環保署調查發現,各行業對電池的效能要求不同,一般使用年限從3年到20年不等,電池汰除的頻率差異極大。廢棄的工業用鎳鎘電池含有毒重金屬成分鎘,在先進國家大多送回電池製造廠或金屬冶鍊廠回收金屬鎘,或依照有害廢棄物處理。由於國內並沒有需用大量金屬鎘原料的鎳鎘電池製造廠或特殊化學工業,也沒有廠商設廠處理廢鎳鎘電池,導致工業用鎳鎘電池報廢後,大多以廠內貯存或夾帶在五金廢料中一併丟棄,造成廢棄物大量貯存,甚至於可能衍生環境污染。

  環保署表示,目前已規劃先輔導業者於適當場所集中貯存,或申請輸出到具備處理能力的先進國家處理,以紓解業者貯存廢電池的壓力。長遠而言,將視國內廢電池處理市場規模,優先輔導於國內設置處理廠或再利用機構。(2004-12-09)

來源:https://e-info.org.tw/news/taiwan/2004/ta04120901.htm

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為何3C產品幾乎都使用鋰電池?他道出判斷電池技術潛能的6大原則,鋰電池實在太神啦

之前我們談到汽車在新一輪的競爭中,讓電動車敗部復活,準備讓汽油車走入歷史的關鍵,就是電池技術的變革。這個電池,就是鋰電池,全名是鋰離子二次電池(Lithium Ion Secondary Battery)。

臺灣的材料產業發展比較慢,因此懂電池的人不太多,這會造成一個問題,就是當我們看到科普雜誌聳動的標題「電池科技大突破!5分鐘充飽電動車」,我們根本不知道如何判斷真假。今天,我就來分享六個看懂電池科技的基本邏輯,至少以後我們可以知道誰是騙子、誰是革命家。

用過即丟的電池只占20%的市場,主戰場在可以重複充放電的電池

一想到電池,我們多數人浮現在腦中的,就是裝在電器、玩具裡,政府要我們做回收的那種電池。電池是一種以化學能的方式,幾個元素合作鏈結起來就儲存能量,放開彼此之後就將之轉換成電能放出的器件。既然牽扯到化學能,那就跟材料脫離不了關係啦。過去電池都是以其主要材料來命名,舉凡一次電池的鋅錳電池(碳鋅電池/鹼性電池)、鋅汞電池(水銀電池);二次電池的鎳氫電池、鎳鎘電池、鉛酸電池與本文的主角鋰電池都是如此。

電池的結構其實相當簡單,主要就是正極與負極,我們使用的能量便是儲存在此正、負極之間,剛剛提到的命名則一般直接由正、負極的兩種材料來決定。舉例來說,鋅錳電池的正極是錳(二氧化錳),負極是鋅。用過即丟的電池稱為一次電池,一次電池由於無法重複使用、能量密度低又不環保,因此現在已經鮮少在使用,頂多剩下一些比較低階的電器、玩具等,總共僅占整體市場約20%。

二次電池代表的是可以重複充放電,也就是可以重複使用。整體市場約80%都是二次電池,其中二次電池中的鋰電池雖然最晚商業化,但由於能量密度高且無記憶效應,現在各種3C產品幾乎全部使用鋰電池,占了二次電池市場的四成

而另外六成暫時還沒有被鋰電池攻下來的,目前是被鉛酸電池佔據著。鉛酸電池由於挾帶非常低廉的成本優勢,大量使用在汽機車的啟動電瓶、電動自行車、不斷電系統等。儘管如此,鉛酸電池仍然面對了來自鋰電池非常大的壓力,試想,未來如果是電動車的世界,那我們還需要啟動電瓶嗎!

6個判斷電池技術潛能的基本邏輯:能量密度高、壽命長、充放電速度快、耐熱耐寒、安全性高、達到可商業化的成本

要成為有潛力的電池,首先必須有高能量密度,我們依序來說明:高能量密度:能量密度指的是在一個固定的體積下,可以釋放多少能量,你可以理解成你拿著兩個同樣大小的寶特瓶,一個寶特瓶裝汽水,另一個寶特瓶裝汽油,後者的能量密度自然是高於前者。業界除了體積之外,重量也是另一個衡量的標準。

壽命長:充放電次數多,電池與車同壽,同時也減少廢棄物。

充放電速度快:一來透過較快速的放電提供足夠力量推動你的車子;二來急用時能較快速的速度補充電能。

耐熱耐寒:最好能適應極端氣候,否則在冰天雪地裡電池掛了,車子就不能開了。

安全性高:通常指的是不容易爆炸,這你可能覺得是天經地義,但要知道安全則代表材料必須穩定,而穩定通常意味著能量密度低,這兩者之間有矛盾,必須取得平衡。

達到可商業化的成本:研發階段成本一定很貴,但落地到可商業化的規模,就要評估這個材料降價的潛能。

要找到能符合以上所有條件的電池,就像找到超完美嬌妻一樣,目前人類能找到最接近的,沒意外,就是她—鋰電池。跟別的電池不同,鋰電池這名字看起來就不像有兩種材料,這是怎麼一回事?其實鋰是指鋰電池內傳遞能量的媒介鋰離子,而鋰離子就像游泳選手一樣,不斷在正、負極間來回游動,當鋰離子游到負極,就是充電;當鋰離子游到正極,就是放電。而讓鋰離子游動的游泳池的水,就是電解液。實務上,為了避免正、負極直接接觸導致短路而燒起來,中間會插入一層高分子做成的隔離膜用以分隔正、負極。也就是說,鋰電池的正負極材料其實另有他人。

(圖一)鋰電池的結構 (資料來源:Leclanche網站)
(圖一)鋰電池的結構 (資料來源:Leclanche網站)

鋰電池內的正極材料組成相當複雜,而負極材料則相對簡單。目前商用負極主要以石墨類佔大宗,超過九成以上。根據不同的來源,又可以分成天然石墨(NG)、人造石墨(AG)兩大類。某些特殊應用如快充放等,會使用軟碳(SC)、硬碳(HC)、中間相微碳球(MCMB)等,這些也屬於廣義的石墨負極。

正極材料總類就多了,但大體上可以分成三大類:鈷酸鋰(LCO)、磷酸鐵鋰(LFP)與三元材料(NMC)。其中鈷酸鋰發展最早,市場也最成熟,多半被應用在數位產品、小家電等。但近年鈷價大漲導致成本墊高許多,加上電池效能發展遇到瓶頸,因此逐漸被後兩者取代。磷酸鐵鋰特性則是壽命長、安全性高、成本低廉,但它有個致命的缺點,就是能量密度較低。去年(2018)中國大陸對鋰電池能量密度的補助門檻提高後,市場急凍,導致許多材料廠關門大吉。目前磷酸鐵鋰多半被使用在小型儲能電池或是對續航力較不要求的短程電動大巴、電動自行車等,部分使用在汽機車的啟動電瓶。

三元材料的特性則剛好與磷酸鐵鋰相反。壽命短,短磷酸鐵鋰約一半的使用期;安全性也沒有磷酸鐵鋰高;成本也高,較磷酸鐵鋰高約兩倍。但三元材料有個最強悍的優勢—能量密度高,高了磷酸鐵鋰一半以上,因此在要求續航力的平板手機等數位產品,或是我們最哈的電動車等,市場都被三元材料主宰。

(圖二)正極材料比較表 (資料來源:顏文群整理)
(圖二)正極材料比較表 (資料來源:顏文群整理)

鋰電池技術大躍進,在能量密度、壽命以及價格這三大關鍵上完勝對手,但外卡選手在場外虎視眈眈

鋰電池技術在過去十幾年來大躍進,能量密度和壽命是以前的十倍,價格卻十分之一不到,讓對手一個一個被淘汰出局。不過,電池的球賽現在才四局下半,誰會取得最後的勝利還很難說。如能量密度是石墨(372 Ah/Kg)十倍的矽材料(3,579 Ah/Kg)、充電速度是石墨數倍的石墨烯、壽命是石墨十倍(1,000次)的鈦酸鋰(10,000-20,000次),還有整個體系大改的鋰硫電池、鋰空氣電池、固態電池,甚至還有許多非鋰系的外卡選手在場外虎視眈眈,如成本較低廉的鈉、鎂電池,壽命較長的鋁電池等,都以不可思議的速度發展中。看懂電池技術只是基本功,接下來綠色創業家社群馬上要來討論臺灣的電池產業各自的站位,哪些公司已經卡了哪些位置,以及為了要有更好的站位,我們接下來應該如何發展。這種討論適合想賺大錢的投資者、找工作的年輕人、躍躍欲試的綠色創業者,或是運籌帷幄的管理者,我們都需要用更大的視角,才能判斷出哪個領域更適合投資你的時間和金錢。

作者介紹│顏文群

從小夢想要擁有一台大排氣量、開起來轟隆轟隆的車子。為了完成夢想,每天努力餵飽小豬。長大後,好不容易小豬也吃飽了,才赫然發現,搞什麼啊現在汽油車變成了電動車,開起來都沒聲音也沒排氣量!為了親手終結自己從小的夢想,善用自己在電池材料的專業,努力提升鋰電池效率,現擔任台灣碩禾電材總經理特助,以及綠學院的綠色帶路人。本文經授權轉載自綠學院(原標題:如何判斷電池技術大突破是世紀大騙局還是真革命?)(相關報導:限時兩周別錯過!小7、全家優惠加碼:每公斤廢電池回收,折抵購物金可換1瓶飲料更多文章

責任編輯/林安儒

來源:https://www.storm.mg/lifestyle/1372240

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歐盟:《電池指令》全面禁用鎘及汞

  • 發布日期:102-12-25
  • 發布單位:毒物及化學物質局 綜合規劃組

2013年12月10日,歐盟《官方公報》刊登了第2013/56/EU號指令,修訂有關電池、蓄電池、廢電池及廢蓄電池的第2006/66/EC號指令(《電池指令》)。修訂涉及在市場投放供無線電動工具使用的含鎘便攜電池和蓄電池,以及汞含量低的鈕型電池。

《電池指令》禁止使用鎘含量以重量計超過0.002%的便攜電池及蓄電池,但供無線電動工具使用的含鎘電池及蓄電池可獲豁免。無線電動工具包括電動螺絲批、電鋸及電鑽。此外,汞含量低的鈕型電池亦可獲豁免。

不過,鎘一向被視為危險物質,當局不時審核鎘的使用情況。最終,歐洲委員會發現具成本效益的代替品可供使用,即鎳金屬氫電池及鋰電池技術。因此,歐委會於2012年3月26日建議,撤銷無線電動工具含鎘電池的豁免。

此外,外界質疑《電池指令》對汞含量低於2%的鈕型電池給予豁免。鈕型電池常用於腕錶、玩具及遙控器等產品內。雖然歐委會的初步建議未有特別提及上述問題,但成員國認為,由於歐盟的鈕型電池市場轉向銷售無汞鈕型電池,所以,應該撤銷對汞含量高於0.005%鈕型電池的豁免。

因此,新指令對電池內使用汞和鎘作出以下修訂:

•由2016年12月31日起,供無線電動工具使用鎘含量高於0.002%的便攜電池和蓄電池將被禁止使用。
•由2015年10月1日起,禁止使用汞含量超過0.0005%的鈕型電池。歐委會將於2014年10月1日前審核豁免權,但用於助聽器的鈕型電池仍可獲得豁免。
•若電池及蓄電池在禁令實施前已合法地投放到市場,就算未能符合規定,亦可以繼續銷售,直至存貨售罄為止。

來源:https://topic.epa.gov.tw/pops/cp-104-6883-CF1B0-2.html

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鋰電池支撐網路社會的到來

2019/10/10

       成為諾貝爾化學獎表彰主題的鋰離子電池作為小型輕量且能存儲大量電力的創新性電池而被開發出來。鋰離子電池1990年代實用化之後,用於手機並迅速普及。從根本上改變了通信手段和信息傳遞的狀態,支撐了如今的網路社會的到來。目前,實用性超過鋰離子電池的蓄電池技術仍未確立,鋰離子電池成為生活和經濟活動不可或缺的存在。

旭化成名譽研究員吉野彰獲得諾獎的記者會上展出的鋰電池(reuters)

鋰離子電池在1991年問世。索尼首次實現商用化。鋰離子電池的高性能帶來了攜帶「電力」變得理所當然的生活,將人們從固定式電源和佈線中解放出來。

這種革新最顯著地影響了移動産品。曾經只存在於科幻小説中的「手機」可以真正地隨身攜帶。

任何人都能隨身攜帶傳統手機或智慧手機、人與人開始通過網路連接之後,新的世界打開大門。鋰離子電池還不斷用於筆記本電腦,以往只能在桌子上完成的工作可以在出行期間進行。

以網路為中心,生活方式、勞動方式和産業結構被重新構建,除了商業之外,文化也完全改變。移動産品在通信基礎設施並不完善的國家和地區普及,鋰離子電池與互聯網一起,從根本上改變了溝通的形態。

鋰離子電池的單位重量和單位體積的能量密度很高。此前能充放電的蓄電池以鉛電池和鎳鎘電池為主。自1980年前後起,攝像機和索尼的「Walkman」等移動産品開始普及,對耐用的鋰離子電池的期待提高。

鋰離子電池小型、輕量且能存儲大量電力,應用領域不僅限於移動産品,還對實現靠電力行駛的汽車作出貢獻。

與用於混合動力車等的鎳氫電池相比,鋰離子電池能存儲數倍的能源。電壓也更高,在輸出功率的特性上佔優勢。鋰離子電池還為自19世紀起就被期待但未能實用化的純電動汽車(EV)的實現開闢了道路。2009年,三菱汽車成功實現「i-MiEV」的量産。

鋰離子電池有時會發生起火等故障,但市場今後有望進一步擴大。用於純電動汽車的數量將加速增加,在面向風力和太陽能等可再生能源的蓄電系統上,需求也在提高。

以向美國特斯拉的純電動汽車供應電池的松下為代表,日本企業在鋰離子電池的市場一直拉動世界前進。包括旭化成在內,日企在材料領域也有優勢。另一方面,由於韓國和中國的崛起,競爭激化,市場環境正在日趨嚴峻。

「基礎研究在10個裏有1個取得成功就算好的」,吉野在確定獲獎後接受日本經濟新聞(中文版:日經中文網)採訪時表示。在日本的大學和企業,創新的創造能力衰弱被指出。此次獲得諾貝爾獎重新將挑戰姿態的重要性擺在日本眼前。

來源:https://zh.cn.nikkei.com/industry/scienceatechnology/37637-2019-10-10-11-28-39.html?start=1

產業知識

廢工業用鎳鎘電池毒害環境  環保署將清查流向

  在工業界普遍使用的工業用鎳鎘電池,目前國內並無回收處理管道,使用年限過後常以廠內貯存或夾帶在五金廢料中丟棄的方式處理,造成環境污染。因此,環保署正著手清查此類廢棄物流向,作為進一步管制辦法的規劃參考。

  環保署表示,由於歐盟將於近期內討論禁用可攜式鎳鎘電池的可行性,顯示加強含鎘電池的管理已成為世界潮流所趨,因此,該署除已將含鎘廢乾電池公告為應回收廢棄物,也委託顧問公司由歷年海關進口資料篩選鎳鎘蓄電池和其他疑似含鎳鎘電池機具的業者名單,以問卷調查方式進行普查;針對工業用鎳鎘電池大量使用者,也進行現場訪查,以瞭解實際使用及清理流向。

  鎳鎘電池為鹼性電池的一種,工業用鎳鎘電池外觀和鉛酸電池類似,但電池的正、負極材料分別以鎳及鎘製成,電解液則為鹼性氫氧化鈉溶液。鎳鎘電池價格雖然較鉛酸電池昂貴,但具有使用壽命長、充放電速率高、電壓穩定且電壓不易隨使用時間降低等優點,因此廣泛使用於運輸業、發電業、通訊業及高科技產業。由於國內並沒有工業用鎳鎘電池製造產業,所需電池都仰賴進口,根據歷年海關進口資料統計,平均每年進口工業用鎳鎘電池約為360公噸。

  環保署調查發現,各行業對電池的效能要求不同,一般使用年限從3年到20年不等,電池汰除的頻率差異極大。廢棄的工業用鎳鎘電池含有毒重金屬成分鎘,在先進國家大多送回電池製造廠或金屬冶鍊廠回收金屬鎘,或依照有害廢棄物處理。由於國內並沒有需用大量金屬鎘原料的鎳鎘電池製造廠或特殊化學工業,也沒有廠商設廠處理廢鎳鎘電池,導致工業用鎳鎘電池報廢後,大多以廠內貯存或夾帶在五金廢料中一併丟棄,造成廢棄物大量貯存,甚至於可能衍生環境污染。

  環保署表示,目前已規劃先輔導業者於適當場所集中貯存,或申請輸出到具備處理能力的先進國家處理,以紓解業者貯存廢電池的壓力。長遠而言,將視國內廢電池處理市場規模,優先輔導於國內設置處理廠或再利用機構。(2004-12-09)

來源:https://e-info.org.tw/news/taiwan/2004/ta04120901.htm

產業知識

《科技與創新-30》STOBA防爆技術 帶領台灣電池產業進軍東南亞市場

2018-08-27 08:00

有量科技總經理程敬義將STOBA鋰電池應用於電動車產業上,帶領台灣電池產業進軍東南亞市場。(圖片由工研院提供)

歐洲多國將自2025年起禁止燃油車上路,綠色運輸成為全球趨勢。泰國是東南亞最大汽車生產基地,更通過獎勵電動車製造的租稅優惠。台灣有量科技日前與泰國EA集團合作,以STOBA高安全性鋰電池材料為利基,打造海外第一座電動車電池廠。

鋰電池過熱爆炸的意外事件屢見不鮮,航空公司已對帶上飛機的3C電子產品鋰電池進行規範。人們對如此輕便可攜的3C用鋰電池尚且如臨大敵,就更不用說,現行以鋰電池為動力來源的電動車,若不能解決過熱爆炸問題,無疑像是穿梭街頭的不定時炸彈!

未來的運輸系統,既要綠能也要兼顧安全,工研院副院長兼材料與化工研究所所長彭裕民表示:「台灣要朝新南向市場發展,需以自身優勢技術,結合當地的市場需求及資源,以整廠輸出的方式搶占先機。」工研院成功研發高安全性鋰電池關鍵材料──STOBA,已授權國內多家電池廠採用,正是業者開拓東南亞電動車市場的神兵利器。

STOBA防爆技術 鋰電池安全壽命提升

工研院研發高安全性的「自身終止高分歧聚合物」(Self-Terminated Oligomers with Hyper-Branched Architecture;STOBA),可大幅降低電池材料的放熱量,有效抑制電池熱爆走,並通過最嚴苛的國際安全標準電池強制短路穿刺實驗,從材料基礎設計根本提升鋰電池的安全性。

STOBA是一種奈米級高分子聚合物,具有複雜的樹枝狀結構。一旦電池過熱,STOBA的樹狀結構會開始閉鎖,並和周圍的STOBA分子開始鏈結在一起,形成一張網狀保護膜,阻擋鋰離子與電解液繼續反應,並切斷電池短路電路,使溫度不再升高。此外,在電池充放電的過程中,正極會析出一些金屬離子,或是因電池本身結構老化,也會造成離子析出,影響電池壽命。STOBA亦具有抑制這些金屬離子的功能,同時延長電池的使用壽命。

獲得工研院授權應用STOBA材料的有量科技,在產業化過程中,共同反覆的修改製程與測試,充分發揮STOBA鋰電池優勢,成功量產,並獲得泰國EA集團(Energy Absolute Plc)的青睞與投資。在EA豐沛的市場資源及產業背景加持下,有量科技規劃於2019年底在曼谷完成第一階段設廠,以東協關稅優惠與在地生產優勢,提前卡位逐漸起飛的東南亞市場,厚植新南向實力。

東南亞綠能、儲能市場前景看好

東南亞政府近年積極推動電動車發展,希望在電動車逐漸躍居主流之際,搶占區域製造中心的地位。印尼政府宣布2040年禁售汽、柴油車,菲律賓政府則研擬提供電動車與油電混合車的租稅優惠。此外,對於基礎建設不全面、島嶼眾多的東南亞國家,更需要借重綠能與儲電技術,全面提升國家經濟發展。

泰國是東協區域最大汽車製造基地,素有「亞洲底特律」之稱,年產近200萬輛。為鼓勵電動車生產,去年針對在泰設廠生產電動車、電動車電池及關鍵零組件的投資者,提供多項租稅優惠。這些措施激勵許多車廠在泰國的電動車布局,包括賓士、BMW與豐田(Toyota)等全球知名車廠,都已宣布在泰國設置電動車電池廠的計畫,泰國本土業者也沒有缺席。

EA集團為泰國當地相當知名的再生能源公司,在泰國等地已經完成許多綠能基礎設施的建構。以曼谷為例,EA自今年3月起陸續布建1,600支快速充電樁;初期也將投資約1億美元,與有量合作設置年產1百萬瓩小時(1GWh)的電池廠;同時規劃推出自有電動車品牌,瞄準一般消費者,以平價版本搶攻市場。

有量科技總經理程敬義表示,全球鋰電池的生產板塊多集中在亞洲的中、日、韓等國,但他更看好東南亞市場。深耕電池產業多年的他分析,中國大陸市場雖大,但競爭更多,加上中國大陸政府較支持本國電池廠商或電動車品牌,對以研發與技術能力為主的台廠而言,不見得能夠發揮優勢。

反觀整個東南亞市場,其6億人口雖只有中國大陸的一半,但電動車及綠能產業方興未艾,且政府多採取開放態度,歡迎外商投資與進駐設廠,除給予關稅減免,若可爭取結合當地企業或市場資源,也能降低台廠單打獨鬥的風險。如此良好的投資環境及產業潛力,更是台廠應該掌握的大好機會。

與泰國EA集團攜手 創造1+1大於2效益

談到與泰國EA集團的合作,程敬義表示,「這不僅是一個難得的好機會,更是天時、地利、人和的決定。」

根據日產汽車(Nissan)今年初委託研調機構Frost & Sullivan所做調查,對東南亞消費者而言,決定是否購入電動車的重要因素「電池安全標準」最受重視,其次則是「充電的便利性」,顯示電池的安全、充電站/柱的普及,將是未來布局東協市場的重要關鍵。

程敬義指出,台灣在研發技術與經驗上並不亞於日、韓大廠,相較於中國大陸,台灣製鋰電池品質更加穩定,可說是「小而美,良而精」,而這也正是台灣電池廠未來發展的重要利基。EA集團跨海投資有量科技,正是看好有量科技在鋰電池領域的研發與生產優勢,期待搭配EA自身對於東南亞市場掌握與系統架構,發揮「1加1大於2」的力量,讓台灣技術在泰國落地生根。

「這將是三贏的局面!泰國的市場、有量的產品技術、工研院的研發能力,三方合力將能搶占儲能市場,開創新的契機,工研院也會不斷拉高技術差異化優勢,協助產業布局未來鋰電池回收市場,」彭裕民彷彿看到台灣鋰電池產業在創新材料的加持下,成為南洋潔淨能源的重要驅動力。

泰國汽車業背景

♦泰國為日系車廠第二大生產基地,皮卡車(Pick-up Truck)產量僅次於美國。

♦全球18家汽車廠、百大汽車零組件半數在泰國設廠,8成汽車零組件採購於當地進行。

♦新消費稅2016年生效,新車上市以碳排放量計稅,有助於節能環保車(Eco-car)普及與出口。

♦「泰國4.0」政策將「次世代汽車」列為政府重點發展產業,目標成為東協國家節能環保車輛關鍵零組件的領頭羊。

台灣廠商機會

♦汽車關鍵零組件原料多來自日本,台商研發能力與技術能量有替代機會,已吸引台灣車電廠進入布局。

♦台灣電動車關鍵零組件已打入國際電動車供應鏈,可與泰國廠商策略結盟,以泰國為生產據點,擴及東協乃至全球市場。

資料來源:IEK(2017)

(本文轉載自工業技術與資訊月刊)

STOBA鋰電池可有效抑制電池因過熱而爆炸,是目前全世界最安全的鋰電池技術。(圖片由工研院提供)

泰國EA集團在今年3月份陸續在市中心開始動工,佈建1,600支快速充電樁,為電動車市場提前布局。(圖片由工研院提供)

轉載自:https://ec.ltn.com.tw/article/breakingnews/2528537

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