台灣能源轉型進行式ing..... 【綠能科技聯合研發計畫】再生能源點亮創能、儲能應用大未來（05/18/2021 天下雜誌）
文: 台灣經濟研究院
創能技術開發著重提升綠色能源能量與降低成本
創能領域前瞻綠能技術開發配合發揮臺灣太陽光電與離岸風力等再生能源特色，透過提升電池模組效率趨動太陽光電成本下降，以及利用智慧平台系統助於離岸風場海事工程量測與運維，降低風場運維成本，以提升產業競爭力。
開發高效率、低成本、超輕量之太陽能電池技術
提升太陽能電池效率已刻不容緩，成功大學陳引幹教授團隊運用原子層沉積技術，沉積不同氧化物材料膜層於堆疊型太陽能電池中，以優化各膜層厚度、品質與材料純度等，進一步提升太陽能電池品質。中央大學許晉瑋教授與劉正毓教授團隊以軟性三五族太陽能電池收集室外光源，提供智慧模組(溫度感測器與藍芽)足夠電能回送電子訊號，朝向智慧模組「自我維持」前進。
在降低成本方面，大葉大學黃俊杰教授團隊利用非真空設備取代電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、用原子層沉積設備(ALD)以及銅漿料取代銀漿料達成低成本射極鈍化及背電極(PERC)太陽能電池開發。成功大學張桂豪副研究員與李文熙教授團隊創新製程置換太陽能鋁電極，以低成本空氣燒結銅電極應用於高效率雙面太陽能電池，將有效降低太陽能電池成本支出，增加產業獲利能力。
隨著太陽光電產能市場逐漸飽和，相關企業轉型尋求高效率與超輕量太陽能模組，以無人機應用為例，臺灣大學藍崇文教授團隊替無人機縫製出可以吸收太陽光轉成電力的衣裝，賦予偵查、通訊等任務。臺灣大學林清富教授團隊開發適合於固定翼無人機之輕量太陽能模組的大面積(30x150 cm2)太陽光模擬器，於宜蘭大學城南校區建置可供太陽能無人機測試起降與飛行場域。
兼具發電及產氫之仿生創能技術
氫能源為一種乾淨、能量密度高、環保零汙染、應用廣泛與取得容易的新能源，仿生電池即是透過模仿植物光合作用，為既能製氫又能發電的多功能太陽能系統。清華大學嚴大任教授團隊開發氫氣光電催化的催化劑由鉑金轉換為更具有普及性且兼具效能的材料，透過電漿子結構來強化二硫化鉬與日光光場交互作用，增加光能轉化為氫能的效率。中央大學王冠文教授團隊則建置高效穩定低成本之雙效產氫產電系統，利用其太陽能轉換再生電力進行光電催化分解水產氫並儲存，達到能源永續發展之概念。
智慧平台系統助於離岸風場海事工程量測與運維
面對臺灣附近海域高溫、高濕、多颱風與地震頻繁的特有地理環境，以及海上嚴苛條件，成功大學林大惠教授團隊開發離岸觀測塔風向定向系統，可降低量測成本、提高觀測準確性與量測效率，有助於離岸風場開發之海事工程量測。臺灣大學蔡進發教授團隊著重開發離岸風場運維大數據智慧平台，提供數據及開發各種量測技術，達到風機早期診治、早期預防功效，以期降低運維成本。
儲能技術開發著重高效能、高安全、具經濟性以支持各種儲能應用
隨著電力系統快速發展，電力儲存設備的布建應隨之增加其靈活度，以確保間歇性再生能源的儲存整合，促進電力供應端和儲存之間高效率的轉換。而儲能領域當中，又以先進二次電池與先進氫能為基礎核心發展項目。
開發高能量與高安全之固態電池技術
為進一步提升儲能電池安全與效率，全固態鋰電池已經成為研發主流。研究方向多針對電池正極、負極、以及電解質創新材料與設計，進一步提升能量密度需求與提高電池系統的總體能量。
正極材料方面，大同大學林正裕教授團隊開發具可量產層狀富鋰錳基正極材料合成技術，同時透過離子摻雜技術穩定其正極材料之晶體結構、改善材料的離子導電度，進而提升其電池穩定性及電容量。
負極材料方面，清華大學杜正恭教授團隊採用太陽能板製成切削的廢料矽，將此進行高值化做成鋰電池的負極材料，並用交聯反應開發矽負極黏結劑，以共沉澱法、自身氧化還原法進行正極材料開發參雜改質，提升鋰離子電池的循環壽命和快速充放電的能力。交通大學陳智教授團隊利用電鍍雙晶銅箔作為矽基負極材料的基板，配合富鎳層狀氧化物正極構成鋰電池，提升鋰電池的整體能量密度，提供各項裝置或載具更好的續航力。
電解質材料方面，明志科技大學楊純誠教授團隊主要開發鋰鑭鋯氧氧化物固態電解質，並將其應用在NCM811陰極材料上，最終組裝成鈕釦型及軟包型電池。成功大學方冠榮教授團隊開發高緻密性鈣鈦礦、橄欖石、石榴子石結構氧化物及硫化物電解質，以及具獨特性金屬、非金屬中介層，有效降低固態電解質/電極介面阻抗。臺灣科技大學王復民教授團隊研發固態電解質具環保水溶性，有低成本與綠色製程之特性，且能有效改善固體接觸的介面問題，可製備成高容量、輕量化與高性能二次電池。臺灣大學鄭如忠教授團隊深入探討高分子固態電解質，藉由合成改質方式可提供具彈性的高分子，進一步利用後調整加入鋰鹽的種類及添加劑，使研發的高分子固態電解質更符合商用規格。
兼具發電及產氫之仿生創能技術
氫能可作為重要儲能技術研發之原因，乃因其最終可實踐潔淨能源，提供眾多行業(如化工、鋼鐵重工及長途運輸等行業)有效脫碳方法，降低碳排放量，改善空氣品質並加強能源安全。且相對其他儲能系統，氫能另一大優勢為其電轉氣儲能系統有儲存量大以及放電時間長的特性。
行政院原子能委員會核能研究所長久以來專注於氫能領域。張鈞量博士團隊開發大氣電漿噴塗製備金屬支撐型固態氧化物燃料電池之可量產技術驗證，可進行大面積(10╳10 cm2)金屬支撐型固態氧化物燃料電池片之生產；余慶聰副研究員團隊利用新型產氫技術結合二氧化碳捕獲技術，使用低成本觸媒生產95%以上的氫氣，省去複雜的純化處理，大幅降低氫氣製造門檻；李瑞益研究員團隊則是著重於開發固態氧化物燃料電池發電系統，可直接將燃料如氫氣、瓦斯或天然氣轉換為電力，並將餘熱回收再利用，具有高能源轉換效率。
燃料電池方面，中央大學李勝偉教授團隊開發中低溫操作的陶瓷電化學儲能電池，所使用的關鍵電解質材料可使操作溫度降到400-700℃區間，且開發關鍵電解質、氫氣電極與空氣電極材料性能與微結構設計，利用靜電紡絲技術製作空氣電極材料奈米纖維，並成功與電解質相互整合，可提升單電池性能14.1%。
儲存氫氣方面，清華大學陳燦耀副教授與曾繁根教授團隊選擇碳材料進行儲氫研究，以零模板水熱碳化法合成出奈米碳球，最後輔以奈米金屬修飾產生之氫溢流效應(Spillover Effect)，提升氫氣吸附效能。
製造氫氣方面，臺北科技大學鄭智成教授團隊致力研發低成本、高穩定度、高效率之中溫固態氧化物電解電池電極材料，另外開發新型氨氣裂解觸媒技術，大幅改善現有氨裂解觸媒反應速率過慢之缺點。中興大學楊錫杭教授團隊則開發非貴金屬觸媒應用於水電解觸媒，以降低裝置成本，並且研發陰離子交換膜和膜電極組，使效率能有效提升。臺灣大學謝宗霖教授團隊發展具突破性之太陽能電解水產氫技術，以低成本、易量產、高效率的鈣鈦礦─矽晶疊層太陽能電池進行電解水產氫，並達到具競爭力之太陽能轉氫能效率水準(10-15%)。而臺灣科技大學胡蒨傑教授研發適於氫氣分離的複合薄膜，藉由熱力學與動力學的基礎理論調控薄膜成膜機制，開發高孔隙度且結構穩定的基材膜，結合優異特性的基材膜及選擇層。
綠色能量持續擴散，協助臺灣繼續邁進成為「亞洲綠能發展中心」
科技部「綠能科技聯合研發計畫」藉由學研界前瞻創新研發能量，推動新能源及再生能源之科技創新，進一步擴大產學研界連結之效益，積極延續科研成果落實產業應用，以期為我國綠能產業布建機會，並協助政府達成能源轉型，且透過綠能科技發展躍身國際舞台。
完整內容請見：
https://www.cw.com.tw/article/5114845
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無負極固態電池 在 [新聞] 低成本固態電池來了！2萬毫安手機，上千- 看板car 的美食出口停車場
原文連結：
https://kknews.cc/digital/zrm3qkq.amp
原文內容：
近日，日本豐橋技術科學大學（Toyohashi University of Technology）在其官網發布了一篇文章。
宣稱自家電氣與電子信息工程系主任帶領科研小組，通過液相法（常見的結晶工藝）製取了一種由碳納米纖維（CNF）靜電吸附硫活性材料組成的複合材料：CNF-S（硫）。再將這種CNF-S作為陰極，採用電化學性能穩定的硫化物Li2S-P2S5-LiI作為固體電解質，最終製成了一種硫化物固態電池。
文章描述這種硫化物全固態電池的穩定性、容量、循環壽命均優於三元鋰電池，而且製備方法成本低廉，工藝簡單，適合批量生產。投入實際使用後，將使電動汽車、家用電器（手機、筆記本等）、商用大型儲能設備裝備的電池能量密度成指數增長。
文末給出了這種硫碳複合材料（CNF-S）的製取示意圖、微米級電鏡照片及電池循環特性圖，如下：
左下角的電池構造圖翻譯：
Anode（陽極：鋰），Cathode（陰極：硫碳複合材料）。solid electrolyte（固態電解質：Li2S-P2S5-LiI），composite（複合物）。豎排英文：current collector（集電/導電體）。
這裡介紹一下背景信息，第一阻礙固態電池量產的最重要原因是成本，製造固態電池的新型負極材料、固態電解質太貴了。
第二固態電解質電池之所以叫固態，主要是為了區別於當前主流三元鋰電池採用的液態電解質；兩者實際原理相同，都是靠鋰離子在正負極之間的運動進行充放電，可以統稱為鋰離子電池，2019年諾貝爾化學獎就頒給了3名研發鋰離子電池的科學家，其中一位就是日本教授吉野彰。
N野彰
日本作為最先開發應用鋰電池的國家，其在鋰電池領域有著極為深厚的科研實力，技術領先全球，獲得諾貝爾獎理所應當。但當我國對新能源汽車產業進行扶持後，誕生了多家有國際影響力的鋰電池企業，搶占了日本鋰電池的市場份額，並且還在不斷擴大。
這種情況下，日本政府、學術界、產業界自然不能坐視不理，眼睜睜看著中國、韓國企業搶奪自己的霸主地位。於是日本政府牽頭集合23家頭部產業界企業和15家學術界研究機構，2018年開啟了一個名為《先進和創新的蓄電池材料評估技術開發》項目的第二階段；第二階段目標是在2022年之內研發出可商業化的全固態鋰電池，並早日應用於電動汽車。
等堶p劃
這個鋰電池研發項目可謂世紀天團，產業界包括了豐田、日產、本田、松下、GS Yuasa、日立、富士、三菱……還有2019年諾貝爾化學獎得主吉野彰領銜的旭化成株式會社。
學術界包括了多家國家研究所，以及京都大學（QS日本第2、世界第35）、東京工業大學（QS日本第3）、大阪大學（QS日本第4）……當然其中還包括了本文主角。沒錯，我們的主角豐橋技術科學大學，終於出現了。
T態電池攻關天團
數百字的介紹，只為了引出豐橋技術科學大學，不然這所只是在日本算重點大學的豐橋技術大學，國內誰知道啊。在國際上名不見經傳的無名小卒，如今突然放了個衝天炮，拿出了低成本量產全固態電池的製備方法，怎麼也得加一個背景說明。
雖然還是令人有些懷疑，但考慮到該大學身處一個強大天團組成的攻關項目之中；萬一走了個狗屎運，被分配了一個別人瞧不上，但實際上正確的研發方向，所以率先取得突破也說不準。
論證了該型固態電池有真實存在的可能性，現在來分析一下這個硫化物全固態電池的性能，如果真如豐橋技術科學大學文中所述，這種全固態電池的量產將帶給我們什麼？
其公布內容中，電池循環特性圖包含的信息最多，如圖所示（已翻譯）：
我們可以從上圖得知，電池在充放循環二十來次後，比容量（能量密度）保持不變，依然在1600mAh/g上下。1600這個數字有多誇張？對比一下當前主流正極材料NCM三元鋰電池的比容量就知道了
811NCM三元鋰電池的理論計算比容量也只有300mAh/g，跟1600mAh/g相比，差了不止5倍。
以特斯拉裝備的3.4Ah松下NCR18650B單體電芯參數為基準，其公示的NCR三元鋰電池計算比容量約為250Ah/kg，單體圓柱電芯重46克。由此可知實際單體電芯比容量約為74Ah/kg，與計算比容量250Ah/kg差了3.4倍。
我們若將新型固態電池的比容量看作計算比容量，接著比對松下NCR電池，將1600mAh/g除以3.4倍，就可得出大致的單體電芯比容量為470mAh/g。也就是說將新型固態電池捲成松下NCR 18650B等重的單體圓柱，一顆電芯就有21.6Ah。
2017款特斯拉Model X 100D裝了八千多顆松下NCR18650B規格電芯，公示動力電池模塊能量100kW/h，EPA綜合續航523公里。若換成重量相同的新型固態電池，那電池能量就是635kW/h，理論上續航能上三千公里。
當然這個數字只是推算，並不準確，不準確，不準確，僅供大家理解固態電池相較液態在能量上的巨大優勢。若實際運用，還需要考慮許多因素，無法做到這樣大的續航。
再說將它應用於手機，目前主流鋰離子聚合物電芯比容量在120mAh·g。如果換上固態電池，那麼同等重量下，手機電量將飆升。平常5000mAh就算超長續航的手機，換成固態電池後20000mAh只是開始，甚至三四萬毫安也不是做不到。到那時，手機一次充電用一周將成為現實。
這種新型固態電池確實擁有非常美好的應用前景，除了指數增長的能量，還有更穩定的電化學特性，意味著更高的安全性。
但從其公布的循環特性圖看，其放電效率並不盡如人意，只維持在93%左右，這個數據跟當下主流液態鋰電池的90%相近，遠不及大家對固態電池充放電效率的期望。更比不三星固態電池上千次充放電循環，依然保持99.8%充放電效率的性能，而且三星的這款固態電池，比容量高達2000mAh/g。
T星固態
伬P豐橋技術科學大學固態電池性能不理想的原因，恐怕正是其使用低成本簡單工藝製取的CNF-S（硫化物）陰極。只是硫化物陰極，其實並未解決固態電池中普遍存在的固固介面接觸不良、阻抗高、充放電效率不高等難題。
而且這款固態電池的特性圖，只給出了二十幾個充放電循環內電池比容量和充放電效率的變化曲線。只短短的二十幾次循環中，數據下降幅度就不小了，萬一充放電上百次，甚至上千次之後，壽命、能量斷崖式下跌怎麼辦？
所以，你相信豐橋技術科學大學的低成本量產固態電池嗎？歡迎留言討論……
註：本文專業內容較多，如有錯漏，還請見諒。
注2：固態電池做到標題描述的場景只是時間問題，但卻不一定是豐橋技術科學大學這款。
心得/說明：(30字以上)
大家好，
小弟超糞文組，
大家一起來，進入電車時代，油車吃屎，
大家說，好不好!!!!!!!!!!
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