無論是電動車、手提電腦還是手機,鋰離子電池(Lithium-ion battery)無處不在,但卻未必能夠應付未來龐大的需求。「麻省理工科技評論」(MIT Technology Review)報道,固態電池、鈉離子電池、鐵空氣電池等新儲能技術,最近陸續取得突破,它們將如何改變我們生活?如何迎合環保市場需求?
鋰離子電池經數十年改良,價格與表現不斷改進,使手機電池更耐用,電動車亦更能與汽油動力汽車競爭,但全球科研人員仍在繼續調整技術,背後原因之一,就在於電池用料的價格波動。能源研究公司 BloombergNEF 儲能部主管 Yayoi Sekine 接受「麻省理工科技評論」訪問時形容,這是一場「計算成本的遊戲」。
正極(Cathode)通常是鋰離子電池中昂貴的組件,其中 3 種成分統稱為「鎳錳鈷」(NMC),是「鋰」以外的昂貴材料,假如能夠全面替代,將有助大大降低成本。而向來被視為低成本替代品的「磷酸鐵鋰」(LFP),最近在化學研究及製造層面都取得突破,成功提高電池性能,市場份額由 2018 年的 10% 增至去年 40%,部分 Tesla 電動車已經改用磷酸鐵鋰電池。
固態電池:未來電動車首選
縱然鋰離子電池繼續得到改良,但其技術基礎始終有缺陷,例如當中有機溶劑為易燃物料,仍然被視為安全隱患,以致始終有被終極替代的危機。今年有望取得技術突破的固態電池(Solid-state battery),便是潛在的替代選項。
有別於鋰離子電池以電解質溶液為成分,固態電池建基於固態物料,有利於壓縮電池體積、加快充電速度,用於電動車可提高其整體性能,而且不存在易燃問題。理論上,固態電池能夠以不同化學物質組成,但「鋰」依然是商業應用首選。
- QuantumScape 的官方 YouTube 頻道,有影片解釋固態電池原理及開發之困難。
美國企業 QuantumScape 專門研發固態電池,與大眾汽車(Volkswagen)達成協議,2025 年為旗下電動車供貨,上月下旬正式宣佈已把樣品交付合作夥伴進行測試,為固態電池發展一個重要里程碑。其他廠商同樣埋首研發,例如 Solid Power 就是其中一家,估計固態電池有機會在未來數年投入商業市場。
鈉離子電池:低價產品之選
另一種替代技術,為即將誕生的鈉離子電池(Sodium-ion battery)。其雖然未必能大幅提高電池性能,但就有望大大壓低電池成本。與鋰離子電池相似,鈉離子電池同樣以電解質溶液為成分,利用廉價的「鈉」替代「鋰」,透過鈉離子在正負極之間穿梭而儲能。
中國企業寧德時代(CATL)據報計劃今年量產鈉離子電池。然而,由於未確定鈉離子電池是否適合電動車,所以數家國際製造商,如美國企業 Natron 都計劃把電池用於小型電子設備,如電動單車和滑板車,以壓低產品成本價。
鐵空氣電池:未來電網配備之選
與此同時,各國向可再生能源轉型,同樣有望釋放儲能市場的巨大潛力。由於部分可再生能源只能間歇供電,如風能和太陽能,因此必須配備儲能裝置,以備不時之需。電網用的儲能設施不用太過計較尺寸和重量,壓低成本反而是最優先考慮,因此預計鋰離子電池不會是首選。
以「鐵」為物料的技術,便有望成為未來電網的配備。美國企業 Form Energy 正在研發「鐵空氣電池」(Iron-air battery),以獨特的「逆轉鐵鏽」技術儲能,今年將會在美國西維珍尼亞州投放 7.6 億美元建設新廠房;另一家企業 ESS 則生產不同的鐵製電池,並已在俄勒岡州投產,為再生能源轉型做準備。