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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

307期2017年05月號

出版日期:2017/05/15

正方形 Icon 科技新訊

可高速充放電鋁電池 勇奪2017年愛迪生獎

整理/陳婉箐 圖片提供/工研院

工研院與美國史丹福大學合作,成功開發出全球第一個「可高速充放電鋁電池」,只要一分鐘便可完成充電,且能重複充放電一萬次,創新成果獲得2017年愛迪生獎肯定,可望帶動我國電池產業升級,開啟嶄新商機。


工研院的創新研發力攻上世界之巔!擁有「創新界奧斯卡獎」美譽的愛迪生獎(Edison Awards),日前在美國紐約揭曉得獎名單,工研院在經濟部能源局的支持下,以「可高速充放電鋁電池(Ultrafast Rechargeable Aluminum Battery;URABat)」勇奪「能源與永續」類銀牌獎,讓臺灣的軟實力在國際舞台上大放異彩。

革命性發現 下世代超級電池

可高速充放電鋁電池 勇奪2017年愛迪生獎
可高速充放電鋁電池 勇奪2017年愛迪生獎

1987年設立的愛迪生獎,每年表彰全球創新產品與服務,紀念發明家愛迪生追求創意與卓越的精神,共分為14類別,歷屆得主有iPad、3M分子檢測系統、波音787 Dreamliner等。今年入圍決選的國際大廠與研發機構,包括陶氏化學、MIT Media Lab、美國國防部高等研究計劃署(DARPA)、Nokia、HP、默克藥廠等,工研院以創新的鋁電池技術獲獎,可謂臺灣之光。

愛迪生獎執行總監Frank Bonafilia讚許工研院在電池技術上提供前所未有的實質發展,「URABat的效率是我們在愛迪生獎上從未看見的!這個獎項不只肯定這項產品,同時也肯定了產品背後的研發團隊,他們才是讓URABat成功的重要推手。」

愛迪生獎資深遴選委員Steve Herring也指出,「很榮幸2017年愛迪生獎有工研院參賽,他們努力追求創新的精神,正是我們想表彰的。一直以來,產業界致力於讓電池更有效率、更持久,並思考如何使用對地球環境更友善的材料,工研院URABat是確實能解決這些問題的電池科技。」

工研院綠能與環境研究所所長胡耀祖表示,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。而URABat突破過去30年的技術瓶頸,不但可快速充放電,材料安全不會引起爆炸,還可結合現有製程,大幅提升效率並降低成本,短期可望取代鉛酸電池,長期更可擴大應用至電動機車、輕型電動車等交通載具。

胡耀祖進一步指出,鋁電池未來還可搭配再生能源,作為備用電力與儲能裝置,成為我國儲能的生力軍。目前電池材料、組裝和終端應用等產業,都能切入未來鋁電池的廣大市場,可望帶動我國電池產業升級,開啟能源產業與應用的新時代。

應用範圍廣 儲能生力軍


率團與會的工研院綠能所技術副組長楊昌中興奮地說,愛迪生不只發明電燈,也是電池研究先驅,URABat能獲得愛迪生獎評審的青睞,令研發團隊大受鼓舞,也是工研院的莫大榮耀,「希望鋁電池未來對再生能源及環境永續都能帶來巨大的貢獻,成為全世界下一個世代電池的革命性發現。」


目前技術最成熟的電池為鉛酸電池與鋰電池,楊昌中說,鉛酸電池的缺點是不環保,無論是生產或回收過程都有可能造成污染;而鋰電池的安全性向來備受質疑,且鋰的蘊藏量有限,地殼中僅0.002%,日後可能面臨材料短缺的危機,而鋁的蘊藏量極為豐富,約占地殼8%,可大幅降低生產成本。因此,工研院鎖定以鋁為材料,尋找電池儲能技術的解決方案。



然而,鋁電池過往存在著壽命不足、效率低等問題,工研院自2013年起與史丹福大學展開雙邊合作計畫,偶然間發現,加入石墨可有效突破技術瓶頸,成功開發出全球第一個可以穩定充放電的鋁電池。這項創新研究成果,曾於2015年登上英國《自然(Nature)》期刊,2016年再獲「全球百大科技研發獎」(R&D 100 Awards)殊榮,引起美國、中國大陸的研究團隊及企業相繼投入開發。



一分鐘充電 耐久又安全


工研院URABat的基本結構是由鋁金屬陽極和石墨陰極組成,利用石墨的疊層特性,讓鋁離子快速進行嵌入、嵌出的電化學反應,達到高速充放電的目的,能在短短一分鐘內充飽電,且可重複充放電達一萬次,仍可維持高蓄電量,在耐久性上交出漂亮的成績。


此外,URABat所使用的特殊離子電解液,就算遇高溫短路或受到外力破壞,也不會爆炸燃燒,穩定性高;加上薄型石墨導電材料彈性佳,和紙張一樣柔軟、可折疊彎曲,研究團隊曾做過實驗,在放電過程中使用鑽頭穿刺鋁電池,並於底下放置燭火,鋁電池依舊能持續穩定供電,證明安全性高,與鋰電池易引火燃燒,有天壤之別。


「充電快速、價格低廉、安全性高及使用壽命長」等優勢,都是讓URABat有機會帶動下一波電池革新的重要因素。工研院已布局包括核心電極材料、電解質材料、電芯與充電器等臺灣及多國專利,且陸續獲證中。未來,以URABat技術為堅實根基,將可將臺灣在科技研發、快速製造的強項,連結全球創新能量,在再生能源儲能產業上扮演創新的關鍵角色。

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