能源知識庫

工研院自100年起即致力於電網級儲能關鍵技術開發，發展技術包含低成本金屬空氣二次電池、智慧型儲能系統技術、儲能系統電能管理技術與儲能示範規劃，目前所研發之高能量密度、具安全性與低成本之鋅金屬空氣電池已突破傳統空氣電池之困境具於技術領先地位，其電池之充放電效率大於70%、電池重複充放壽命也達千次以上並可維持>80%庫倫效率，並且自行開發創新之具流動性可抽換式電解質技術，未來不僅可藉由導入流動與儲存能量方式，視不同儲能運用情境調整電池系統之輸出功率與能量，以降低儲能成本發揮最大效益，更可用於電動載具上，以類似加油方式置換電解質完成短時間內充電，以解決充電過於緩慢的瓶頸。

近年來由於人們對於電力過度依賴因而促使化石燃料使用量逐步攀升，同時化石燃料燃燒後所排放出的溫室氣體亦會造成全球暖化、海平面上升並導致氣候極端異常，迫使世界各國紛紛尋找替代能源解決方案。行政院自100年11月3日公布我國新能源政策其目標於2030年將擴大再生能源裝置容量至13.75GW，其中包含風力4.2GW與太陽光電6.2GW，以期打造綠能低碳之未來願景。日本野村綜合研究所預期自2015年後儲能產業將會大幅成長，並根據美國著名市場Pike調查公司估計，2020年全世界再生能源儲能設備產值達350億美金，儲能具有未來龐大商機已儼然成為下個兆元產業;目前國際上電網級儲能技術市場運用之首要考量在於儲能成本，現今既有商業化儲能技術中，僅有抽蓄水力及地窖壓縮空氣技術足以達到美國能源部所設定之電網級儲能系統的成本目標(~0.02 USD/kWh/cycle)，但上述兩種技術需有特殊地形限制且考慮環保議題，因此各國莫不積極發展其他儲能技術，如鋰電池、液流電池、鈉硫電池、氫燃料電池、金屬空氣電池等化學式儲能技術及超級電容、超導、飛輪等物理式儲能與熔鹽等熱能儲存技術。從台灣觀點來看，儲能的需求面遠小於歐美等先進國家，因此儲能技術發展方向，除了應顧慮本國的儲能需求與使用情境外，更應同時思考是否可帶動或是促進本國儲能產業的發展；以台灣的經濟發展與既有產業優勢為考量，較適合發展高技術層面的化學電池儲能系統，例如鋰電池、燃料電池、液流電池、金屬空氣電池等；其理由為化學電池儲能系統，具有較高能量密度，佔地面積小，初期建置成本低、建置快速等優勢，其中又以金屬空氣電池被視為具較佳的發展潛力，可望成為下一世代的新綠色能源。金屬空氣電池若與市售鎳鎘電池相比，金屬空氣電池可提供高10倍左右之電力並無環境汙染隱憂，與鋰離子電池比較，鋰元素蘊含量有限，價格日益攀升，而金屬空氣電池具有價格低廉、安全性等優勢。另外金屬空氣電池不論於在大型元件或小型元件上皆能應用，例如金屬空氣電池取代傳統鉛酸電池成為汽車電力或是備用電力來源，或做為手機、筆記型電腦、助聽器等，其廣泛的運用性大幅提升金屬空氣電池的市場發展潛力。

    近年來隨著儲能電池與電動車市場的興起，液流電池與相關概念又重新引起廣大的關注;液流電池中的反應物質是以液體的方式存在，其優點在於能量取決於儲槽的大小與電解質中高活性物質的濃度，而功率則隨電池組大小而變化，因此可視需求環境調整不同的能量與功率密度，且當電池放完電後可用更新電解質的方式，達到快速充放的目的；如MIT教授Yet-Ming Chiang所開發的24M鋰金屬液流電池，即是使用具流動性的半固體鋰電解質，其放電電壓3.8V，導入流動概念成功將傳統鋰電池之能量密度提升至309Wh/kg；而Case Western Reserve University Tyler J. Petek教授團隊，亦將傳統之鐵空氣電池，利用開發包含使用鐵粒子、導電粒子與穩定添加劑之流動性電解質，成功驗證其全鐵液流電池具有不錯之電池特性，其放電電壓約1.5V，充放電電壓效率約為57%@35mA/cm2。有鑑於此，為改善空氣電池如長期充放電會產生樹枝狀結晶之等技術瓶頸，工研院亦投入具鋅金屬活性物質之流動式電極研究，開發新穎之流動式奈米複合結構鋅金屬電極，藉由表面的高密度活性物質，其能量密度約可達200Wh/kg。並成功初步驗證此流動式電解質並可重複充放電，放電電壓為1.22V，充放電電壓效率約為63%，下圖為發展金屬空氣液流電池之情境說明，可以結合電網與再生能源作為電力來源，多餘的電也可以回饋給電廠，並搭配更新電解質的方式，達到快速充放的目的。

    工研院自100年起即致力於電網級儲能關鍵技術開發，發展技術包含低成本金屬空氣二次電池、智慧型儲能系統技術、儲能系統電能管理技術與儲能示範規劃，目前所研發之高能量密度、具安全性與低成本之鋅金屬空氣電池已突破傳統空氣電池之困境具於技術領先地位，其電池之充放電效率大於70%、電池重複充放壽命也達千次以上並可維持>80%庫倫效率，並且自行開發創新之具流動性可抽換式電解質技術，未來不僅可藉由導入流動與儲存能量方式，視不同儲能運用情境調整電池系統之輸出功率與能量，以降低儲能成本發揮最大效益，更可用於電動載具上，以類似加油方式置換電解質完成短時間內充電，以解決充電過於緩慢的瓶頸;未來預期目標將於2-3年間製作出數十kW級以上之原型電池，於儲能示範廠址整合再生能源進行實際效能驗證，電池系統的循環壽命可超過2000次，每度電池建置成本<$100、平均儲能成本~ $0.1 USD/kWh/cycle，最後將同步整合國內既有產業鏈，促進國內儲能相關新興產業之建立，立足台灣放眼世界，以期開創具國際競爭力的電網級儲能產業。