随着电子产品成为生活中的必备品,从手机、平板到笔记型电脑,电池成为一种必备工具,使用这些随身产品,离不开电池,所以,学术界与业界除了持续开发更方便以及更加轻巧的电子产品,也同步持续研发电池技术。
以目前锂电池市场而言,随着高功率(高电流输出、高容量)、大型化,以及电动车等车载应用普及,锂电池的安全度也成为当前最重要的课题。
锂陶瓷电池超薄可弯
国内目前最受到瞩目的电池技术,就属辉能科技的FLCB(FPCLithium-CeramicBattery)超薄软板锂陶瓷电池,该种电池有0.32~0.36mm超薄厚度,并可进行15~17mm的弯曲,且就算破损、打洞后也不会产生火花或爆炸,相当安全。
辉能科技表示,FLCB超薄软板锂陶瓷电池可结合手表等,用于3C产品、绿能、电动车、穿戴式配件或NFC等领域,像是搭配HTCOnemax手机推出的“HTCPowerFlipCase可翻式电源扩充保护套”应用此技术,让手机壳化身行动电源。
工研院STOBA不起火
除了小型装置的电池安全,电动车电池安全已成为全球瞩目焦点,在日本锂电池产业有如教父级地位,更在2014年获美国科学院颁发素有工学领域诺贝尔奖之称的“查尔斯?斯塔克?德雷珀奖”(CharlesStarkDraperPrize)的西美绪先生则说,“锂电池使用的是有机电解液,但往往因电池的不当使用而引发爆炸或起火”。
工研院研发出可防止锂电池爆炸的高安全性电池材料STOBA,9月底授权日本亚太三井化学独家制作及销售专利使用,并将在2016年在台成立STOBA生产据点,预计将可大幅提升锂电池安全保障。
工研院表示,STOBA是一种奈米级树枝状结构的高分子化合物,当锂电池发生异常,产生高温时,会形成一道薄膜阻隔锂离子间的流动,稳定锂电池,可抑制电池内部的温度上升失控,避免爆炸。
Silican延电池寿命
以上研究多半着重于电池的安全性以及外观的改变,而成大与业界合作的台湾新创团队Silican正着手研究关于延长电池寿命的关键。该团队发现目前次世代矽电池中,其实电池寿命的关键在于内部原料矽(Silicon)的缩放特性。
Silican技术长李奕錩表示,目前商用锂电池以石墨碳粉为主要负极材料,目前单一规格内容量已经达到上限(360mAh/g),替代材料矽虽然可以达到3,900mAh/g的超高容量,但是因为矽于充电时会破裂,造成分子损毁,进而造成这种电池的不可逆以及循环寿命过短的问题。
Silican执行长郑尹玮指出,该团队长期专注材料研究,发现了上述的破坏机制,也研发出减缓这项破坏机制的关键,目前开发出来的产品可以让矽为原料的电池,容量达到2300mAh/g,也让循环次数超过200次,目前仍然持续测试,预计明年初可完成500次的循环验证数据。
锌电池可弯可充电
此外,除了锂电池外,许多人也开始着手全新的电池材料,美国新创公司ImprintEnergy正在开发超薄型锌聚合物电池,未来将应用在手腕配戴装置上,他们还希望出售给穿戴式电子产品、医疗装置以及环境感应器制造商等。
该公司共同创始人兼总裁金凯(BrooksKincaid)说,这种电池结合了薄膜锂电池和印刷电池两方面的最佳功能。一般薄膜电池含有活性元素,充电容量有限,制造成本高;印刷电池主要以锌为原料,成本便宜,充电容量高,却有无法重复充电的缺点。ImprintEnergy研发的锌电池拥有两者优点,且锌的环境稳定性高,不再需要像对氧气敏感的锂电池,预先做好防护准备。重要的是还可以弯曲1千多次。
成大镁电池具竞争力
如果要说下一代最具电池潜力的原料是什么,大概就属“镁”,成大材料工程系教授洪飞义说,其实锂非常不稳定,因此用于电动车,发生过许多车辆相撞起火或是自燃事件,但是镁电池相当安全,碰到空气仅变成氧化镁,且一般锂电池在零下15℃的低温下,电子产品若关机,再开机锂电池就无法发挥作用,但是研究团队开发出的镁电池,经研究证实在零下30℃的低温下,电池仍可正常运作,即使在55℃高温也不会有问题。
洪飞义与成大贵重仪器中心陈冠仁博士组成的电池研究团队,积极投入“下世代镁电池应用技术研发”,洪飞义表示,世界各国都在找寻新一代更高效率的电池,镁电池被视为最具发展潜力。
镁电池容量较传统锂电池多出8~12倍,充放电效率提高5倍,洪飞义举例,电动自行车以传统锂电池充饱约180分钟,但是镁电池只需要36分钟,他说,目前成大已经取得镁电池相关专利,该项技术可望成为台湾未来的竞争力所在。
不过,洪飞义坦言,目前镁电池的成本仍然因为电解液无法降低,因为镁电解液难以制作,目前都仰赖与国外购买,让目前镁电池较锂电池贵3倍,但是成大已经着手研发镁电解液,若成功之后,未来镁电池就具有充电快、便宜与安全特性,可望取代锂电池。