第四章电能储存装置之技术及产业分析.PDFVIP

第四章 電能儲存裝置之技術及產業分析 本章針對分別針對鋰電池、太陽電池及燃料電池等電能儲存裝置之技術研發 狀況、其優缺點、應用市場及相關廠商等資料進行分析，以了解各種不同之電能 儲存裝置的實際市場研發方向、主要研發與生產廠商。 於進行本章所主要關心之三種電能儲存裝置前，電能儲存裝置主要有以下之 144 分類 ： ㄧ、化學電池 其作用原理主要是經由化學反應將化學能轉換為電能。依其可否重複充電使 用又可分為 1.ㄧ次電池：其主要有熱電池、固體電池、乾電池等。其特性為使用後不可充 電重複使用。 2.二次電池：如鉛酸蓄電池、鋰離子電池、及燃料電池等。其特性為，使用後可 充電重複使用。 二、物理電池 其作用原理為經由物理反應而轉換出電能以供應用。其主要有太陽能電池、 熱起電力電池及原子力電池等。 上述的電池分類中，燃料電池又稱為連續電池，不同於一次電池或二次電 池。其特色在於由外部系統提供活性物質，而使燃料電池持續放電。 144 張雲朋，由空氣產生電能的新能源，科學發展月刊第367 期，頁 13 ，2003 年7 月。 64 4.1鋰電池 4.1.1鋰電池之技術分析 本節主要針對鋰電池之技術內容、技術發展、與不同類型之鋰電池構造進行 分析，並就鋰電池應用上之優缺點問題加以探討。 鋰電池的發電原理 鋰電池的發電原理，主要是因為鋰離子的傳導，將化學能轉換成電能。ㄧ般 而言，鋰電池的正極材料為鋰鈷氧化物，負極材料為碳材，電解質則為含鋰鹽之 有機電解液。當鋰電池進行充電時，鋰離子從鋰鈷氧化物中嵌出，經由電解質的 傳導，嵌入負極的碳材中；相對的，當電池進行放電時，此化學反應則是逆向進 145 行 。 鋰電池的類型 鋰電池依照其電解質的不同，可分為： ㄧ、鋰離子電池(Lithium Ion Battery) 鋰離子電池是從鋰金屬二次電池改良而來，以碳材做為負極材料，在充電的 過程中，鋰離子經由電解液的傳導嵌入負極的層狀或隧道結構，而沒有鋰金屬的 產生146 。鋰離子電池之電解液溶劑主要為有機溶劑，多半為有機碳酸酯 (Carbonates)和酯類(Esters)147 。 二、鋰高分子電池(Lithium Polymer Battery) 鋰高分子電池之電解質主要以高分子物質為主，含少量或不含有機溶劑。依 148 照其高分子電解質的不同，又可分為 ： 1.純固態高分子電解質 如 PEO(Polyethylene Oxide) 、PPO(Polypropylene Oxide) 、Polysiloxanes 等， 此類電解質具有良好的機械特性，故不需使用隔離膜。但此類高分子電解 質因不含溶劑，故室溫導電度偏低而限制其應用性。 145 呂照斌、費定國、萬其超、譚小金，行動用儲能材料技術發展藍圖與主要國家研發政策分析， 頁3-1 ，經濟部技術處，九十一年十二月。 146 曾柏尹、彭國光、周裕福、黃玫芳，二次電池之電學特性與應用，工業材料雜誌第 197 期， 頁 118 ，92 年5 月。 147 林月微、吳茂松、李志聰，鋰高分子二次電池技術，工業材料雜誌第215 期，頁74 至頁75 ， 93 年 11 月。 148 詳參林月微等、前揭文，頁75 。 65 2.膠態高分子電解質 如 PMMA(Poly(Methyl Methacrylate)) 、PVC(Poly(Vinyl Chloride))與 PVdF(Poly(Viaylidene Fluoride)) 等，此類高分子電解質含大量的塑化劑，故 離子導電度高。但其機械性質差，仍需搭配隔離膜使用，所以其電池結構與 鋰離子電池相似。 149 上述兩種類型之鋰電池其主要構成材料如下表所示 ： 鋰離子電池 鋰高分子電池