這是一篇蠻持平客觀的分析、說明..... 電動車和你想的不一樣：只是炒作？真的會造成缺電嗎？專家一次說清楚（12/30/2020 風傳媒）

"你應該知道的是：豐田汽車社長痛批，電動車若更加盛行，可能造成日本大缺電，此一說法引發外界熱烈討論。如果電動車滿街跑，到底會不會缺電？電動車只是炒作的話題嗎？作者以專業背景解釋，電動車對解決大城市嚴重空氣污染將有顯著成效，但能源轉型困境並未因此紓緩，能源問題人人有責，不能把責任推給政府。"

作者：曲建仲 / 台大電機博士，知識力專家社群創辦人

近年來空氣污染讓大家忍無可忍，溫室效應造成的氣候暖化日益嚴重，讓世界各國政府推出新的碳排放法規，不約而同喊出 2030或2040 年禁售燃油車的口號，許多車廠被迫積極開發電動車，彷彿電動車能夠解決人類的空氣污染與能源問題，豐田社長怒批世界各國政府力推電動車只是炒作，許多人可能認為那是豐田(Toyota)眼見特斯拉(Tesla)股價節節高昇而吃醋，所以電動車真的是未來環保的新希望嗎？事實恐怕和你想的不一樣？

電池的構造與原理

所有的電池都具有陽極(負極)與陰極(正極)，基本上都是由陽極(Anode)發生的化學反應產生電子(Electron)與陽離子(Ion)，電子流入元件可以推動元件工作，也就是我們所稱的電能，如圖一(a)示；陽離子則經由電解質穿越多孔性的隔離膜到達陰極，如圖一(b)所示；最後陽離子與電子在陰極(Cathode)結合，如圖一(c)所示。

電池的陽極(Anode)：是我們所稱的「負極(Negative electrode)」。電池的陰極(Cathode)：是我們所稱的「正極(Positive electrode)」。

兩者恰好相反，千萬別弄錯了唷！大家可能會好奇，為什麼會恰好相反來造成大家的困擾呢？因為化學家定義放出電子的叫「陽極」；而陽極放出電子，代表陽極必定帶負電(同性相斥、異性相吸)，所以物理學家稱陽極為「負極」。

不同的鋰電池主要是陰極材料不同

不同的鋰電池其實主要是使用的陰極材料(正極材料)不同，目前最常用的陰極材料共有四種：鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)、鋰鐵氧化物(LiFePO4)，其中大家常聽到的「三元鋰電池」其實是陰極材料使用鈷鎳錳酸鋰三元化合物的鋰離子電池，其中三元是指包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)三種金屬的化合物，而電解質主要是使用六氟磷酸鋰液體，負極材料一般是使用石墨。

固態鋰電池未來發展值得關注

由於現在的鋰電池所使用的電解質是液體，容易發生漏液汙染、易燃爆炸等問題，而固態鋰電池的電解質是固體，不會因為隔離膜破損就導致陰陽極接觸短路爆炸，而且固態鋰電池的密度和結構可以讓更多帶電離子聚集傳導更大的電流提升電池容量，此外固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液等特性，不像傳統鋰電池的液態電解質含有易燃有機溶液，需要降溫、防撞擊、防穿刺等安全裝置。

電極材料與液態電解質容易完全接觸，但是和固態電解質接觸不如液體，造成介面阻抗過高，影響整體電池效能，而且固態電解質製程良率低價格高，仍然有許多困難。日本Toyota公司預計2022年推出全固態鋰電池的電動車，美國Fisker公司為固態鋰電池申請專利，能量密度可達傳統鋰電池的2.5倍，法國Bollore公司已經量產固態金屬鋰聚合物電池，德國Bosch公司收購美國Seeo公司研發固態鋰電池技術，QuantumScape公司的鋰固態電池號稱15分鐘可以充飽80%股價大暴漲，由於廠商投入資源研發未來發展可期。

電動車的普及有賴電力基礎建設

電動車要充電，但是如何充電是個大問題，像Gogoro的電動機車一個電池只有9公斤，使用者可以到電池交換站自行更換電池，但是Tesla電動車的電池重達500公斤以上，只能以定點充電的方式進行，即使目前的規格要求在1小時內完成充電，使用者是否能在加電站等1小時卻是個問題。

如果必須把車開回家在停車場充電，最大的問題是目前的電力基礎建設不足，假設大樓停車場有100個停車位，每個都設置插座，當100台電動車同時充電時，大樓的變壓器無法承受如此巨大的電流，因此整個電力基礎建設，包括：變壓器、變電所、高壓電塔都必須重新設計才能達成，聽起來就不是短期內可以做到的事，可能的解決方法是在大樓停車場建置大型儲能電池，當大量電動車充電時可以由大型儲能電池供電，考慮到成本與安全，大型儲能電池使用釩電池或鋁電池是未來可能的發展方向。

電動車不會排放廢氣　更環保而且節省能源？

由於我們的發電廠是以高壓交流電(AC)傳送到使用者家中，再以「電源供應器(PSU：Power Supply Unit)」轉換為直流電(DC)才能對鋰電池進行充電，如果使用的是交流馬達，則鋰電池供電時要再轉換為交流電(AC)給馬達供電，每一次的電源轉換效率大約80%~90%，因此這樣轉來轉去其實浪費許多能源。根據德國慕尼黑經濟研究院(IFO：Institute for Economic Research)發布的一份研究報告，考慮電動車的碳排放量時，如果將鋰電池的生產製造、能量轉換，以及供電過程中發電廠發電所排放的二氧化碳算進去，電動車的二氧化碳排放量會比傳統燃油汽車高。

根據IFO的資料，最環保的能源形式是使用「甲烷」，也就是我們家裡用的天然瓦斯，它與一般的「瓦斯車」類似，差別在目前瓦斯車使用的「液化石油氣」是丙烷和丁烷的混合物。以甲烷為主要動力的內燃機(引擎)可以使汽車減少碳排放量，而且甲烷裡含有的氮化物、硫化物等雜質更低，是汽車製造商可以採用的環保能源，搞了半天最環保的竟然是瓦斯車，看來豐田社長怒批電動車只是炒作算有幾分道理，不過瓦斯車還是會排放二氧化碳，無法解決溫室效應的問題。

電動車只能改善空氣污染　無法解決能源問題

充電站裡的電是那裡來的呢？還是由發電廠來的，說來說去，又回到了最原始的火力、水力、核能發電來提供，核能目前被社會接受的可能性很低，在台灣想蓋水庫都很困難了更別說水力發電廠，因此又回到最原始的火力發電，不論是使用天然氣或煤碳，最後還是免不了要造成空氣污染的，因此有人說電動車只是把城市裡的空氣污染，轉移到郊區發電廠而已。台灣目前全力推動太陽能與風力發電，這是應該做的，只是核能電廠要除役，太陽能與風力發電只怕用來補上這個電力缺口都不夠，沒辦法多出來給電動車使用。

汽柴油車與火力發電廠最大的差別，在於對污染物的控制，汽柴油車滿街跑到處噴廢氣，只能使用觸媒轉化器進行處理，由於價格與體積的限制，無法對廢氣有效回收處理；而發電廠是將廢氣集中處理，可以使用更昂貴體積更大的工業設備對廢氣有效回收處理，污染的確變低，因此使用電動車一定會減少城市的空氣污染，再加上近年來電池從製造方式到回收技術都快速進步，發展電動車仍然是重要的選項之一。

氫能與燃料電池被視為終極環保能源但是困難重重

傳統電池直接使用化學反應產生能量，優點是能量轉換效率很高(80%以上)，但是充電需要比較長的時間；而使用燃料以內燃機(引擎)進行燃燒反應產生能量，優點是可以直接補充燃料，但是使用內燃機的能量轉換效率很低(30%以下)，科學家開始思考，有沒有一種方法同時具有「電池」與「燃料」的優點呢？於是燃料電池從此誕生了。

燃料電池和傳統電池的原理相同，都是將活性物質的化學能轉換成電能，但是傳統電池的電極本身是活性物質，會參與化學反應；而燃料電池的電極本身只是儲存容器而已，並不會參與化學反應(觸媒只用來引發化學反應)，必須將活性物質加入電池內，就好像我們的汽車補充燃料一樣，才能產生化學反應形成電能，是一種要補充燃料的電池，故稱為「燃料電池(Fuel cell)」。

儲氫技術價格偏高目前仍然無法擺脫石油

燃料電池使用氫氣與氧氣反應產生水，反應後排放的氮化物或硫化物極少，幾乎沒有任何污染，因此被視為終極環保的再生能源。但是燃料電池必須使用氫氣做為燃料。高壓儲氫技術如何把又大又重又危險的氫氣鋼瓶放在車上是個大問題；因此有國外公司開發出可以承受700大氣壓的航太複合材料儲氫瓶，可以取代氫氣鋼瓶，Toyota公司更在推出氫燃料電池車款Mirai，創下單次加滿氫氣可以行駛500公里的紀錄，已經是成功的商品了，那麼它的問題到底在那裡呢？

首先車上放了一個壓力這麼大的儲氫瓶是否安全是個問題，氫氣的來源則是更大的問題，大家都知道電解水可以產生氫氣與氧氣，問題是電解水產生氫氣的成本很高，而且這些電還是來自發電廠。為了降低成本，目前工業上主要是將碳氫化合物 (石油)以「 蒸氣重組」（Steam reforming）的方式分解生產氫氣，搞了半天還是要以石油做為原料，看起來人類要擺脫石油還真困難。

為什麼世界各國都訂定2030或2040年禁售汽柴油車？

很有趣的現象，世界各國都訂定2030或2040年全面禁售汽柴油車，為什麼是這個時間呢？主要還是覺得前面介紹的這些問題，包括充電站建置、電力基礎建設、新建大型發電廠，或是太陽能、風力發電等新能源開發，大約需要20年時間，因此選擇了這個時間點，問題是如果時間訂定了，卻沒有看到政府加蓋發電廠，那時間到了要怎麼辦呢？

不過各國政府爭先恐後這樣「宣誓」，還有一門不可言傳的心思，那就是老百姓對空氣污染已經忍無可忍，但是眼見要解決這個問題困難重重，宣誓「2040 年」禁售汽柴油車，等於是給老百姓一個交代，反正2040年是 20 年以後的事了，到時候站在台上的一定不是現在宣誓的這個人，這種只靠嘴巴說說就可以成功的「政績」，何樂而不為呢？

能源問題人人有責　不能把責任推給政府

經過前面的介紹，大家一定發現人類的能源問題沒有這麼簡單，政府該做的不只是靠嘴巴宣誓禁售汽柴油車，而是必須認真開始發展綠色能源。目前最大的問題在於：電價太便宜，造成使用者沒有節約用電的習慣，各種價格較高的「家庭能源管理系統」（HEMS：Home Energy Management System）乏人問津，電價如果真的大漲又會造成物價波動，受限於選舉與政治因素，要讓電價上漲也是困難重重，只能靠我們自己養成時時節約能源的習慣，才是最有效的方法。

責任編輯/周岐原

完整圖文內容請見：
https://www.storm.mg/article/3340151?mode=whole

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#電動車是替代性能源車輛而非環保能源車
#電動車是否環保取決於一個國家的發電體系是否健全
#但是台灣最主力的發電方式卻最排污最重的火力發電
#而且你知道充飽一顆電動車要消秏多少度電嗎
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教士今天和大家聊一下近期吵很凶的電動車議題。
我們的政腐現在把空污通通丟給燃油車，然後把頭插進地上當一隻鴕鳥只用屁股對著大家說：電動車最環保。
那電動車真的很環保嗎?
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現在台灣人開始注意到電動車，反正就覺得電動車要嘛就是在家插插頭，或是和gogoro一樣換個電池。
#可是有人去思考過充飽一顆電池要消秏多少電嗎?
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如果要用單位去講，目前我們對電的用量單位大概就是「度」，而1度電=1kWh=每1000W使用一小時的能量。
舉個例，目前特斯拉全新的P100D，它的電池容量是100kWh
#也就是說不計算充電轉換消秏的能量充飽一顆電池是100度電
而特斯拉的官方數據是說一顆電池最多可以跑557公里，也就是說平均1度電能跑5.57公里的概念。
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而台灣人平均每年每人用量電，以小家庭來講每個月平均夏季141度、冬季114度，就算是最扯的一個月平均也才300度。而充飽一顆P100D電池的電池的用電量就是一個人平均每個月的用電量，而你一個月會只跑557公里嗎?
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台灣汽車總量大約7,980,568台，而假設平均每個人一個月開車只開300公里，那一個人平均下來每個月就增加了約54度的用電量(大約是正常很省電家庭一個月用量的1/3)，我們抓50度就好。798萬台汽車通通變成電動車，一個月平均增加的秏電量就增加了3.99億度的電。
#而且這些都還是沒有把充電的消秏損失與轉換率算進去的計算方式
#而且教士一年平均開的里程是1萬5千公里
#也就是每個月1250公里
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所以為什麼會有很多人說電動車環保呢?
第一： #那些人看不到火力發電的污染，而且只會拿一些很廢戰力極弱的"別的產業也會用電啊"的藉口來當口嘴的東西。
第二： #現在台灣的電動車數量還沒多到會影響主要電力供應，所以那些人就覺得電動車對生活用電無害。
第三： #因為那些人根本不知道充飽一顆電池要消秏多少電，所以就覺得電動車好環保。
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我們不把電動車的生產過程那些有的沒有的污染算進去，單純就秏電量來說， #充飽一顆特斯拉的電池就等於一個人每個月平均用電量。 那你說電動車好環保嗎? 笑一笑。
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緊接著，大家一定會想問，那gogoro呢?
一顆gogoro電池是30.3Ah，轉換成度大約就是1.37kWh，而一台gogoro要吃2顆電池，也就是說它是背著2.74kWh在跑。而它的平均里程大約能跑100公里，也就是說1度電大約可以跑36公里。
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假設平均起來台灣人每個月只騎200公里的話，一個月大約增加5.5度的用電量，聽起來很省對吧?
#可是民國107年5月統計的機車掛牌量是1378萬台
#所以如果全部的二輪都變成電動車那一個月會增加7579萬度電的需求
#你覺得台灣的發電系統撐的下去嗎
#要不要再多蓋幾座火力發電廠來救空污和用電吃緊的問題呢
#而且以上的消秏量都是完全沒有把充電時的秏損與轉換率給算進去唷
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當然，電車環保人士一定會想戰說電車的能量浪費比例比油車要好，那教士再和大家聊一下1度電與1公升汽油所產生的能量差異吧。
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因為我們很難用"出力"去定義強與弱，所以就最直接的以能量產生的『粗熱值gross heating value』去做一個量化的比較。
1度電產生的能量大約是3.6MJ，轉換成KJ(千焦耳)是3600KJ。
1公升汽油產生的能量是43070KJ/千克，而汽油密度約 0.75g/ml，所以把千克換算下來一公升汽油大約能產生32302KJ。
有些電車車主會說油車能量轉換效率差，大約只有20~25%的轉換效率，而電車有60%。
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白痴一點直接拿KJ去算，1公升汽油產生32302KJ*20%=6460KJ的能量，而1度電產生的3600KJ*60%=2160KJ。
#不管怎麼算都是汽油提供的能量大於電能啊
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補充一下，有人會嘴說電動車產生的動能較低但卻能有更高的里程，事實上並非如此。
#教士一開始沒講的就是電動車供電充電時的電能秏損
#你真的以為充飽1度電就只要1度嗎
簡單的說，一度電是1kWh=1000W/小時，在直流系統中，瓦w=VA，也就是1000vAh。
教士舉一般的48V/20Ah=960vAh的電瓶來當例子，充飽一顆960vAh的電瓶，換算的公式就是：
容量 ÷ 1000 ÷ 轉換秏損 = 消秏度數(kWh)
而重點就在於那個轉換秏損，很多人都拿油車的概念在當電動車，都以為電動車容量多少就是用多少電， #但實際上充飽你電瓶的秏電量絕對大於你的電瓶容量。
這也是油車絕對不會發生的 #補充能量過程秏損
實際上電能秏損一直都存在，只是被那些假環保人士視而不見。 #你加油50公升就是50公升進油箱，最多誤差幾mml。 #但要充飽一顆電瓶所需要的能量絕對大於一顆電瓶本身的容量。
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假設我們先不例入所謂的線材秏損、設備轉換或電阻三小有的沒有的，單純以80%的轉換效率來說。充飽一顆 48V/20Ah電瓶所需要消秏的電力就是 960 ÷ 1000 ÷ 0.8 = 1.2度。
#上面故意不提這個讓很多理盲的電動車嘴臉以為充1度電就是秏1度電
#實際上充飽一度電消秏的電力絕對大過一度電
一些電動車主喜歡說電能轉換動能有60%的功率，而汽油轉換只有20~25%，但你們這些人有把儲存秏損、轉換秏損、傳輸秏損以及自放電秏損這些算進去呢?
#沒有嘛
#而且我還沒有把gogoro換電站的電能消秏算進去哦
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所以最後要說
油車電車沒啥必要要戰，但請電車車主不要太過自我感覺良好覺得自己是環保小尖兵，除非今天台灣的供電都是以核能或綠能為主，不然你真的離環保還有好大一段路啊。
不過當然，台灣電價便宜，一度電最高最高也才6.41塊，你充飽一次100度的電瓶也才641塊錢，當然無感。
但對台灣的供電網路呢?當你們沾沾自喜的在說自己的排碳量低於油車時可曾想過台灣這個地方的供電網路承受的了你們嗎
#以上電動車行駛里程與充電秏能都是極度美化的數字真實世界不可能的因為我連爬坡負重都沒列入

政府很清楚光陽目前提出的規格是不符重型機車所需的。對照和 Gogoro 電池組的差異：

電池容量：650wh v.s. 1400wh
耐插拔次數：3000次 v.s. 15000 次
耐壓測試：未知 v.s. 9.5 噸擠壓、防水測試