隨著(zhù)電子產(chǎn)品成為生活中的必備品,從手機、平板到筆記型電腦,電池成為一種必備工具,使用這些隨身產(chǎn)品,離不開(kāi)電池,所以,學(xué)術(shù)界與業(yè)界除了持續開(kāi)發(fā)更方便以及更加輕巧的電子產(chǎn)品,也同步持續研發(fā)電池技術(shù)。
以目前鋰電池市場(chǎng)而言,隨著(zhù)高功率(高電流輸出、高容量)、大型化,以及電動(dòng)車(chē)等車(chē)載應用普及,鋰電池的安全度也成為當前最重要的課題。
鋰陶瓷電池超薄可彎
國內目前最受到矚目的電池技術(shù),就屬輝能科技的FLCB(FPC Lithium-Ceramic Battery)超薄軟板鋰陶瓷電池,該種電池有0.32~0.36mm超薄厚度,并可進(jìn)行15~17mm的彎曲,且就算破損、打洞后也不會(huì )產(chǎn)生火花或爆炸,相當安全。
輝能科技表示,FLCB超薄軟板鋰陶瓷電池可結合手表等,用于3C產(chǎn)品、綠能、電動(dòng)車(chē)、穿戴式配件或NFC等領(lǐng)域,像是搭配HTC One max手機推出的“HTC Power Flip Case可翻式電源擴充保護套”應用此技術(shù),讓手機殼化身行動(dòng)電源。
工研院STOBA不起火
除了小型裝置的電池安全,電動(dòng)車(chē)電池安全已成為全球矚目焦點(diǎn),在日本鋰電池產(chǎn)業(yè)有如教父級地位,更在2014年獲美國科學(xué)院頒發(fā)素有工學(xué)領(lǐng)域諾貝爾獎之稱(chēng)的“查爾斯?斯塔克?德雷珀獎”(Charles Stark Draper Prize)的西美緒先生則說(shuō),“鋰電池使用的是有機電解液,但往往因電池的不當使用而引發(fā)爆炸或起火”。
工研院研發(fā)出可防止鋰電池爆炸的高安全性電池材料STOBA,9月底授權日本亞太三井化學(xué)獨家制作及銷(xiāo)售專(zhuān)利使用,并將在2016年在臺成立STOBA生產(chǎn)據點(diǎn),預計將可大幅提升鋰電池安全保障。
工研院表示,STOBA是一種奈米級樹(shù)枝狀結構的高分子化合物,當鋰電池發(fā)生異常,產(chǎn)生高溫時(shí),會(huì )形成一道薄膜阻隔鋰離子間的流動(dòng),穩定鋰電池,可抑制電池內部的溫度上升失控,避免爆炸。
Silican延電池壽命
以上研究多半著(zhù)重于電池的安全性以及外觀(guān)的改變,而成大與業(yè)界合作的臺灣新創(chuàng )團隊Silican正著(zhù)手研究關(guān)于延長(cháng)電池壽命的關(guān)鍵。該團隊發(fā)現目前次世代矽電池中,其實(shí)電池壽命的關(guān)鍵在于內部原料矽(Silicon)的縮放特性。
Silican技術(shù)長(cháng)李奕錩表示,目前商用鋰電池以石墨碳粉為主要負極材料,目前單一規格內容量已經(jīng)達到上限(360mAh/g),替代材料矽雖然可以達到3,900mAh/g的超高容量,但是因為矽于充電時(shí)會(huì )破裂,造成分子損毀,進(jìn)而造成這種電池的不可逆以及循環(huán)壽命過(guò)短的問(wèn)題。
Silican執行長(cháng)鄭尹瑋指出,該團隊長(cháng)期專(zhuān)注材料研究,發(fā)現了上述的破壞機制,也研發(fā)出減緩這項破壞機制的關(guān)鍵,目前開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品可以讓矽為原料的電池,容量達到2300mAh/g,也讓循環(huán)次數超過(guò)200次,目前仍然持續測試,預計明年初可完成500次的循環(huán)驗證數據。
鋅電池可彎可充電
此外,除了鋰電池外,許多人也開(kāi)始著(zhù)手全新的電池材料,美國新創(chuàng )公司Imprint Energy正在開(kāi)發(fā)超薄型鋅聚合物電池,未來(lái)將應用在手腕配戴裝置上,他們還希望出售給穿戴式電子產(chǎn)品、醫療裝置以及環(huán)境感應器制造商等。
該公司共同創(chuàng )始人兼總裁金凱(Brooks Kincaid)說(shuō),這種電池結合了薄膜鋰電池和印刷電池兩方面的最佳功能。一般薄膜電池含有活性元素,充電容量有限,制造成本高;印刷電池主要以鋅為原料,成本便宜,充電容量高,卻有無(wú)法重復充電的缺點(diǎn)。Imprint Energy研發(fā)的鋅電池擁有兩者優(yōu)點(diǎn),且鋅的環(huán)境穩定性高,不再需要像對氧氣敏感的鋰電池,預先做好防護準備。重要的是還可以彎曲1千多次。
成大鎂電池具競爭力
如果要說(shuō)下一代最具電池潛力的原料是什么,大概就屬“鎂”,成大材料工程系教授洪飛義說(shuō),其實(shí)鋰非常不穩定,因此用于電動(dòng)車(chē),發(fā)生過(guò)許多車(chē)輛相撞起火或是自燃事件,但是鎂電池相當安全,碰到空氣僅變成氧化鎂,且一般鋰電池在零下15℃的低溫下,電子產(chǎn)品若關(guān)機,再開(kāi)機鋰電池就無(wú)法發(fā)揮作用,但是研究團隊開(kāi)發(fā)出的鎂電池,經(jīng)研究證實(shí)在零下30℃的低溫下,電池仍可正常運作,即使在55℃高溫也不會(huì )有問(wèn)題。
洪飛義與成大貴重儀器中心陳冠仁博士組成的電池研究團隊,積極投入“下世代鎂電池應用技術(shù)研發(fā)”,洪飛義表示,世界各國都在找尋新一代更高效率的電池,鎂電池被視為最具發(fā)展潛力。
鎂電池容量較傳統鋰電池多出8~12倍,充放電效率提高5倍,洪飛義舉例,電動(dòng)自行車(chē)以傳統鋰電池充飽約180分鐘,但是鎂電池只需要36分鐘,他說(shuō),目前成大已經(jīng)取得鎂電池相關(guān)專(zhuān)利,該項技術(shù)可望成為臺灣未來(lái)的競爭力所在。
不過(guò),洪飛義坦言,目前鎂電池的成本仍然因為電解液無(wú)法降低,因為鎂電解液難以制作,目前都仰賴(lài)與國外購買(mǎi),讓目前鎂電池較鋰電池貴3倍,但是成大已經(jīng)著(zhù)手研發(fā)鎂電解液,若成功之后,未來(lái)鎂電池就具有充電快、便宜與安全特性,可望取代鋰電池。