國內自行研發鋁電池儲能 2020上看百萬瓦等級

Issue date:2018-10-02 │ Source:環境資訊電子報

隨著再生能源發展,可以與風電、光電搭配的儲能技術備受注目。工研院研發的鋁電池找到關鍵材料, 2016年獲得百大科技研發獎(R&D 100 Awards)後,2017年運用在電動自行車,得到愛迪生獎(Edison Awards)肯定。配合國內再生能源發展,工研院今年將鋁電池研發方向朝向大規模儲能,以百萬瓦(MW)電網等級儲能為目標,預計2020年做到1MW。

與市場主流鋰電池相比,鋁電池體積較大,但污染少,對環境更為友善。據工研院評估,達市場規模後,價格會比鋰電池更便宜。

工研院研發的鋁電池獲得百大科技研發獎後,研發改朝向百萬瓦電網等級儲能設施前進。

 

工研院研發的鋁電池獲得百大科技研發獎後,研發改朝向百萬瓦電網等級儲能設施前進。攝影:陳文姿

 

配合國內再生能源發展  鋁電池走向百萬瓦規模

因應風電與光電的間歇性,儲能成為電網穩定與調配的關鍵。2017年底,特斯拉(Tesla)在南澳打造全球最大鋰離子電池,容量達100MW。不過,鋰電池在開採、製造與廢棄過程如未妥善處理,也可能造成污染。相對之下,鋁電池壽命長、成本少、污染低,可望成為潛力新星。

工研院研發的鋁電池由鋁金屬陽極、石墨陰極與離子液體電解液所構成。單電池具2V放電平台,電容量達100mAh/g,可穩定循環超過一萬次,電容量仍不會衰弱,具快速充電、高安全性等特性,適合用在電網儲能。

工研院前幾年將鋁電池應用在交通載具,如電動自行車、無人載具等。配合國家政策,今年起將重點放在電網等級的儲能,預計今年做到 0.5MW,2020年達1MW。

工研院綠能與環境研究所鋁電池計畫研究員林琮祐指出,理論上,鋁電池只要透過電池模組串並聯設計就可以擴大裝置容量。但由於鋁電池的特性與其他電池不同,儲能櫃仍需要特殊設計才能達到1MW,這是正在解決的問題。

林琮祐補充,風能與太陽能是間歇性能源,有時會產生瞬間高功率。一般電池需加裝昂貴的電池管理系統才能避免過度充放電,但鋁電池本身就可快速充放電,在電太多時減少衝擊,電太少時提供電力,成為再生能源輸入電網前的緩衝站。 

鋁電池的關鍵材料在負極材料,達到快充快放的功能,具商品化的可能。

 

鋁電池的關鍵材料在負極材料,達到快充快放的功能,具商品化的可能。攝影:陳文姿

 

鋁電池小規模量產  進入商品化測試階段

工研院研發的鋁電池2016年贏得科技業奧斯卡之稱的百大科技研發獎,隔年隨即應用在電動自行車上,2017年再度獲得愛迪生獎。

林琮祐表示,國際鋁電池研究超過30年,過去一直缺乏合適的負極材料,直到2015年才有技術突破。工研院以石墨為正極材料,達到快充快放功能。歷經兩年多,目前已進行量產階段。

林琮祐說,目前生產的鋁電池主要用於打樣。不少上市櫃公司購買鋁電池的目的是研發,進一步測試公司產品結合鋁電池的可能,應用方向包括儲能、汽車、緊急用電、不斷電系統等。

儲能商機上看百億美元  鋁電池安全性與環保性較佳

根據工研院產經中心(IEK)分析,2015年全球商業電池市場約有791億美元的規模。相較於鋰,鋁的蘊藏量極為豐富,鋁電池技術有其重要性。

林琮祐指出鋁電池的優勢,以1C 代表一小時充飽電為例,鋁電池可以做到5C,也就是12分充飽電。在實驗室中,甚至可以做到一秒鐘充飽。鋁電池安定性高,爆炸風險低。在廢棄回收上,鋁電池使用的材料對於空氣、土壤都不會造成污染,電解液也是無機溶劑,97%可回收,是更為環保的選擇。

但是,在體積、重量與價格上,鋁電池重量跟傳統鉛酸電池相當,無法做到鋰電池的輕薄短小,價格也比鋰電池貴。工研院評估,達一定市場規模後,鋁電池可以比鋰電池更便宜。

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鋁電池體積較大,要達百萬瓦容量仍有技術需要克服(圖為模型)。攝影:陳文姿

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