淨零碳排鋰電池扮要角

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。

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。（圖／123RF）

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。

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。