鋁電池及氫燃料電池 邁向綠能新紀元

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加速綠能產業化最後一哩路

撰文/李洵穎

溫室效應引發氣候變遷,追求潔淨能源的步伐日益急迫,而高速充放、使用壽命長及更加環保的儲能系統更是達成減碳永續目標的關鍵。工研院率先在「沙崙智慧綠能科學城」,導入鋁電池及氫燃料電池研發能量,並建立技術試量產與測試平台,扮演加速綠能產業化最後一哩路的關鍵推手。 

運用金屬板開發氫燃料電池,能夠減少體積及降低成本二分之一以上,且對環境友善、低噪音,成為備用電力的較佳選擇。
運用金屬板開發氫燃料電池,能夠減少體積及降低成本二分之一以上,且對環境友善、低噪音,成為備用電力的較佳選擇。

台南沙崙智慧綠能科學城是國內首座綠能科技測試的驗證場域,工研院在2017年進駐成立鋁電池及氫燃料電池的實驗室,以此作為創新基地,提供從研發、試量產、測試到驗證等階段,垂直整合一條龍的服務。目前鋁電池和氫燃料電池等兩大團隊規模已超過40人,儼然成為推動綠能創新科技產業化的生力軍。 

工研院鋁電池團隊現已研發出全球第一顆高速充放電鋁電池。工研院綠能與環境研究所鋁電池計畫經理江建志表示,鋁電池與鋰電池最大的不同在於材料,鋁電池的材料是石墨和鋁箔,全球蘊含量豐富,取得成本相對較低,有利於推廣普及鋁電池產業;在民生用途上,許多電池因材質與結構問題有爆炸危險,但工研院的鋁電池材質無毒、安全且經破壞穿刺亦不會有爆炸反應。 

可高速充放鋁電池 商機無窮

如何將鋁電池產業化是工研院鋁電池團隊下一階段的重要任務。首先要讓更多人知道鋁電池的優點,目前工研院已規劃於沙崙智慧綠能科學城與高鐵台南站之間,設置以鋁電池為動力的電動自行車,該自行車只需充電12分鐘就可以行駛15到20公里。未來鋁電池技術將應用於汽機車電瓶電動市場、電動機車或自行車電池以及穩定再生能源之儲能設備,10年內國內應用市場估計產值上看百億元,潛力無限。 

面對未來龐大商機,江建志表示現今確實感受到應用端的急迫需求,然而國內還沒有具備量產能力的製造廠商。因此,工研院於沙崙建置中小型材料與電芯試量產基地,讓下游業者能將鋁電池裝在載具上進行測試。目前正和國內廠商洽談技轉,進行噸級關鍵材料試量產合作,並冀望於短期內正式邁入量產。 

在鋁電池實驗室的另一頭,是工研院研發製造氫燃料電池的基地。氫燃料電池不同一般的充電電池,為高效率之電化學反應發電機。其原理為利用水電解的逆反應來發電,以氫氣為料源,與空氣中的氧氣作用後產生電能;當使用氫氣作為燃料時,產電過程中為零碳排放,唯一產物則是純水,不會產生空氣汙染,完全適應未來對碳排放標準的嚴格要求,應用時被譽為21世紀最乾淨的能源。 

工研院綠能所氫能與燃料電池計畫經理李鈞函指出,與傳統柴油發電機的發電效率相比,質子交換膜(PEM)燃料電池發電效率可達40%以上,熱能還可回收利用,整體能源使用效率可達90%以上。過去PEM燃料電池大部分使用石墨板作為電池材料,體積大且成本高。而工研院所開發的金屬板燃料電池,能夠減少體積及降低成本二分之一以上,且對環境友善、低噪音,因此成為更潔淨的備用電力選項。 

由工研院研發的鋁電池電動自行車只需充電12分鐘就可以跑15到20公里,未來打入應用市場,商機無可限量。
由工研院研發的鋁電池電動自行車只需充電12分鐘就可以跑15到20公里,未來打入應用市場,商機無可限量。

氫燃料電池技術 打造自動化產線

李鈞函表示,工研院與國內氫燃料電池製程技術的三大關鍵廠商:禾新、揚志及碳能,共組產業研發聯盟,建立一條從設計到組裝全國產化的PEM燃料電池組試量產線,也是全台灣唯一自動化的智慧製造生產線。 

由於燃料電池需要精密的組裝與檢測,才能達到要求的良率和可靠度,因此該試量產線運用機械手臂進行單電池模組的生產,之後再進行檢測、堆疊和組裝。單1個氫燃料電池模組可以產生40瓦的電,若將50個單電池模組組合在一起,就能供應相當於2,000瓦的電,用來煮咖啡更是輕而易舉。 

在產業應用上,氫燃料電池短期可應用在備用電力市場,中期則可擴大至熱電共生市場應用,如食品業、飯店業、醫院等,長期可結合再生能源之剩餘電力產氫,進行電力調度應用。 

目前工研院在鋁電池和氫燃料電池等兩大技術上已與產業界攜手合作,加速綠能產業化的最後一哩路。工研院期許以綠能技術能量,能夠引領台灣在能源轉型的關鍵時刻,往新興綠能經濟邁進。