能源轉型大勢所趨，掌握碳中和儲能商機！一次搞懂什麼是碳中和、鋰電池、固態電池、燃料電池（07/12/2021 TechNews科技新報）

作者 姚 惠茹

聯合國在 1997 年 12 月通過京都議定書將大氣中的溫室氣體含量穩定在一個適當的水平，以保護地球的生態系統。從那之後，碳排量就逐漸成為評估環境成本的一項重要指標。2015 年 12 月，各國在《巴黎協定》中承諾，在 2050~2100 年實現全球「碳中和」目標。

什麼是碳中和呢？

碳中和是「從環境中消除的碳排超過所排放的碳」。通常透過使用低碳能源取代化石燃料、植樹造林、節能減排等形式，來達到相對「零排放」。目前為止全世界已經有超過 50 個國家宣告在本世紀中葉達到碳中和，超過 100 個國家在政策中提及，2050 年是大部分國家設定的目標年。

分析碳中和商機，首先要來了解主要碳排產業，目前全球最大的碳排放產業是電力產業，其碳排放量佔全球碳排放量比重高達四成，而再生能源發電的比重近幾年來雖然持續增加，也約略佔三成左右，如扣除水力發電、地熱發電等，以風電及太陽能為主的再生能源佔比又僅有一成，富邦證券表示，未來持續增加風電與太陽能發電仍將是主要的發展趨勢。

車輛的二氧化碳排放佔全球碳排放量比重超過二成，因此未來電動車取代內燃機汽車的趨勢，將會加快進行，另外包含製造業的工廠與建築業等佔全球碳排放量也達到二成，因此將被迫更新其生產設備，降低排放量，中國及其他第三世界等地區，必須要淘汰高汙染高排碳的產能，建置更具效能且符合環保碳排規範的產能取代，否則其出口將會被先進國家課以碳稅。

從前面分析主要碳排來源，就可以知道為什麼再生能源和電動車會成為近年來的重要產業發展趨勢，然而電動車雖然不排放 CO2，但若使用的電力是火力發電，則會增加發電廠的碳排量，因此電力來源由火力發電轉為再生能源，再使用電動車才能真正達到減碳的效果。

富邦證券表示，由於再生能源如太陽能與風電都是屬於間歇性發電，受到日照時間與季節性風力強弱的影響，必須透過儲能系統，將再生能源發電做妥適的儲存應用，故儲能系統將在碳中和發展趨勢中，扮演著重要的關鍵角色。

近年來光電、風電產業快速崛起，因綠能發電具間歇性特質，尚需儲能系統搭配，才能避免再生能源受到天氣因素的波動影響供電，確保長期供電穩定，儲能系統市場規模因此快速成長，2018年全球儲能系統放電量 5,971 百萬瓦時，預估至 2024 年，全球儲能系統規模年複合成長率超過七成。

富邦證券指出，現階段全球儲能系統主要可分為三大類，機械能儲能、電化學儲能（鋰離子電池）及化學儲能（燃料電池）三大類，其中以電化學儲能為目前的市場主流，而化學儲能為近年備受市場期待的另一種儲能系統。

鋰離子電池

目前全世界車廠所生產的電動車，其儲能電池的應用種類，以「鋰離子電池」為市場應用主流，而再生能源儲能系統方面，也大部分同樣採用「鋰離子電池」，作為協助電網進行電力調節的輔助設備，例如特斯拉在各地建置超級充電站，就會利用到鋰電池儲能系統。

鋰電池材料中以正極材料最為重要，一般都是以鋰合金氧化物所構成，也是常聽到的三元鋰電池就是以鎳鈷錳等三種材料組成正極的鋰電池，另外常聽到的磷酸鋰鐵，也是正極材料的一種。負極材料目前多以石墨為主，未來會往矽負極來發展電解質現階段都是液態（膠狀），目前業界正積極開發固態電解質的鋰電池，作為下一世代鋰電池的發展方向。

固態電池

鋰電池為「液態電池」，其電解液為膠狀電解質，而液態電池性能容易受溫度高低影響，並有電解液外漏爆炸的風險，當前普遍使用的有機電解液存在爆炸等安全隱憂，已成為限制鋰離子電池發展的瓶頸，而固態電解質的重量較輕，只有液態鋰電池的一半、充電速度比鋰離子電池快，只要 10~15 分鐘，而且沒有腐蝕性的問題，壽命較長。

目前日本豐田、南韓三星、中國寧德時代、美國的 Quantum Scape（QS），德國的 Solid Power 與台灣輝能等公司業已開啟固態電池產業化進程，目前預估最快 2023~2025 年間，有可能量產車用固態電池。

燃料電池

燃料電池為一種將燃料（通常是氫氣）與氧化劑產生的化學能通過化學反應轉換成電能的儲能系統，通常又稱為氫能源，利用氫燃料的氧化作用，產生電力，沒有排碳，只有排水，若是將太陽光電或風力發電的電力來產製氫氣，產製後的氫氣可做為燃料電池的燃料來源。

藉由氫能載體整合各式再生能源，能平衡各類再生能源供電缺口或不穩定。富邦證券表示，現階段包含美國、日本、南韓、歐盟、澳洲及中國都積極發展燃料電池，企業界與日韓車廠也都努力開發各式產品應用。

富邦證券表示，2050 年是大部分國家設定的碳中和的目標年，降低碳排放量的碳中和商機，已經成為未來十年的重大商機，因此使用何種電池能達到安全又具效能的綠能發電儲能系統，將會是未來產業發展的重點，也值得投資人持續關注。

完整內容請見：
https://technews.tw/2021/07/12/carbon-neutral/

♡

過年期間與家中長輩閒聊時，

意外的發現其中一位長輩竟然是 Elon Musk 的狂熱粉絲。

除了心理非常崇拜 Elon Musk 的所作所為以外，她也會為 Elon Musk 感到擔心。

在聊天的過程中，長輩就有提到：

「我們在用的電池不都是固體的嗎？那個『固態電池』到底是什麼啊？為什麼會那麼紅？會威脅到特斯拉嗎？」

既然這些問題會是某些人的問題，那一定也會是另一些人的疑問。

所以今天就非常概略的跟大家分享一下，我所知道的固態電池。

(很簡略的寫，畢竟寫太長大家也不愛看)

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首先我們必須要了解電池的組成是什麼？

電池主要組成可以分為四個部分，

分別是陰極 (正極)、陽極 (負極)、隔離膜和電解液（圖一）。

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就目前使用在電動車上可穩定量產的鋰電池而言，

☘ 「陽極材料」通常較為統一，都是將鋰離子鑲在石墨 (碳) 的結構當中作為陽極。

☘ 而「陰極材料」種類就比較多了，

目前市場上常見的有鋰鈷、鋰鎳、鋰猛等金屬氧化物，

還有鎳鈷錳三元材料 和 能量密度較低的磷酸鋰鐵... 等。

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☘ 「電解液」的部分，目前大多是使用含有鋰離子的有機溶液 (液態) 為主。

不過這類「液態電解液」在電池遭遇穿刺或是短路時，容易會有漏液或是燃燒的情況發生，所以在安全性上會有些疑慮。

(目前市面上的電動車在出廠前都會經過政府嚴謹的審查，所以大家也不用過度擔心鋰電池的安全性)

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然而所謂的『固態電池』，就是將傳統鋰電池中「液態電解液」的部分改為固體電解質。

目前常見的固態電解質材料，大致可分為兩類：

☘ 聚合物，可以想成是塑膠 (有機電解質)。

☘ 陶瓷，硫化物、氧化物 (無機電解質)。

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那這樣做有什麼優點呢？

一、提高安全性：固態電解質通常不可燃、不揮發、不腐蝕，更無洩漏的問題。
二、提升能量密度
三、可承受較高的工作溫度
四、生產效率提升：不需去封裝液體。

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乍聽之下固態電池似乎很美好，擁有許多優點，

不過事實上，固態電池目前不管是在製造上還是材料上，都仍面臨許多待突破的難題。

像是：

☘ 固態電解質的內阻過大，導致充電速度較慢；

☘ 固態電解質與電極間的界面阻抗過大；

☘ 固態隔離膜無法承受長時間的大電流；

☘ 電池壽命過短...等問題。

更最重要的是，目前固態電池的生產成本仍然過高，難以和傳統的鋰電池競爭。

在留言中會附上「輝能固態電池的槍擊測試」影片，有興趣的人可以去看看。

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簡單來說，固態電池確實是一項非常令人期待的新技術，非常有可能會成為未來的趨勢！

但你說短期會不會威脅到特斯拉在電動車的地位？

我認為是不太可能。

原因很簡單，因為目前成功研發出多層固態電池的公司全球可能不超過五間，更遑論要量產可商用的固態電池。

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不過話又說回來，固態電池現在沒辦法量產，

並不代表他就是個不會上漲的股票。

恰恰相反，在這個賣夢的時代裡，有夢賣往往才是最香的。

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講這麼多，我就是想知道 QuantumScape (QS) 會不會再次香起來？

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