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可充式鈉離子電池,便宜又安全!

2016/05/05 經濟部能源局 點閱人次: 600

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撰文/李茗家

儲能技術之研究已成為國際再生能源發展的重要項目之一,惟現階段儲能成本高,如何降低成本及提升安全,是儲能技術未來發展方向之重點。

世界各國探討氣候變遷的議題,主要在於節能減碳的挑戰,為降低對化石燃料的依賴,紛紛發展再生能源做為替代。只不過,再生能源(如風力及太陽能)容易受到天候的影響,使得發電效率不高或間歇性發電,而無法穩定供應,所以最好的辦法就是將電能儲存起來,以配合用電需求。

儲能系統就像是個放大版的充電電池,將再生能源產生的電能儲存起來,除提供用電需求外,還兼具穩定輸出功能,降低再生能源間歇性發電對電網所帶來的衝擊,具有緩衝電力供給的功用。目前國際間儲能裝置依據應用需求及系統特性,可分為電化學(如蓄電池)、電學(如超級電容器)、動能(如飛輪)及位能(抽蓄水力發電)等系統。儲能設備方面,我國明潭發電廠及大觀發電廠即為大型的抽蓄水力儲能設備。抽蓄水力儲能系統是利用位能的原理進行發電,將離峰電力用來輸送水至地勢較高的蓄水庫,當尖峰時段需電量提高時,再將水自高處流往低處,並推動水輪機進行發電。但是抽蓄水力發電廠的設置,除了合適的地點難以尋覓外,也容易受到水資源的影響,尤其是現在極端氣候趨於嚴且苛的情況。除此之外最常見的是電化學儲能技術。

鋰離子電池價格不斐

大家所熟悉的鋰離子電池就是電化學儲能技術的一種,像是電動車輛的電池及消費型電子產品如手機、相機等,甚至行動電源內部的電池大都是鋰離子電池。在「全民滑手機」的時代,鋰離子電池的使用,可說是達到有史以來的高點。鋰離子電池自誕生以來,歷經多年的發展後,目前的技術已趨於成熟且性能穩定,更可能成為未來大型儲電的應用方向。

鋰離子電池雖有許多好處,但因價格高昂而難以推廣。由於鋰為稀有金屬,其含量僅占地殼的0.6%,且隨著鋰離子電池廣泛應用的影響,鋰金屬原料的需求大幅增加,對於未來再生能源需要大規模儲能設備的情況,可能會面臨原料短缺和成本增加等問題。同時,鋰離子電池的安全性,也是常令人擔憂的因素之一。

近年來,國際已朝向鋰以外的金屬材料電池進行開發及研究,我國也不落人後,研究項目之一便是鈉離子電池。

可充式鈉離子電池具有低成本、高安全性的特點

由於鈉與鋰二者在元素週期表位於同一族,且物理及化學性質相近,故鈉離子電池的性能與鋰離子電池較為相近。重要的是,鈉金屬的蘊藏量豐富,且價格較為低廉,因此具有商業競爭優勢及研發的重要性。另外,根據鈉離子電池專利申請情形可以發現,主要技術掌握在日本、美國與中國大陸等國家,目前的技術生命週期已經從第一階段的萌芽期,進入第二階段的發展期。

鈉離子電池依電解液的不同,可分為有機電解質與水溶液2大類,但若想應用到大型電網級的儲能系統,則以具有低成本、高安全性、及環境友善等特點的水溶液系統為佳。因此,我國工業技術研究院綠能與環境研究所,以水系鈉離子電池作為研究對象,主要目標為合成具可高速充放電且循環效率穩定的電極材料。

在儲能技術的未來發展上,可充式鈉離子電池的技術如果持續精進,其前景指日可待。


關鍵字:鈉離子電池,儲能,工業技術研究院

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