World+Smart+Energy+Week+2013+东京现场直击系列报导三.pdf

WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)1 World Smart Energy Week 2013 東京現場直擊系報導三東京現場直擊系報導三 材世界網編輯室材世界網編輯室/2013.3.4 Battery Japan 2013 的電池材趨勢觀察的電池材趨勢觀察 第三天的東京國際二次電池展會場，雖然是最後一天展期，仍然吸引眾多國際電池產業人士與，也鑑於展會的代表性與重要性，已有多廠商表達登記展的正面意願，展會的影響由此可一班。在其他電池材展出部分，由於鋰電池黏結劑雖然市場出貨較少，但因其產品要求高且多樣化，價格高昂與技術門檻較高之故，屬於由少廠商供應產業的寡占市場。在本次展的鋰電池黏結劑廠商當中，包括吳化學(KUREHA)、ARKEMA、ZEON、JSR 等均有展，其中吳化學及 ARKEMA均以現有技術體系與產品線展出為主；ZEON 則將其黏結劑材產品線分為水系與溶液系，分別針對同的電池芯製造需求提供同產品，另也對於未水系黏結劑應用在正負極均具備一定的信心。圖一、圖一、ZEON 展出之正極黏結劑產品特性展出之正極黏結劑產品特性 WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)2另一廠商 Toray 所提出的鋰電池黏結劑樹脂，主要以 polyimide(PI)以及 poly amide imide(PAI)等組成，相較於過往使用的 PVdF 以及 SBR-CMC 等材體系，廠商標榜高的強與彈性，以及對於銅箔好的接著性。廠商在展出資當中提到，在此產品與 AIST 合作開發的過程中，應用於負極矽材+碳材的循環壽命上有優於 PVdF 及 SBR-CMC 的好表現。圖二、圖二、Toray 展出之展出之 PI 樹脂黏結劑產品特性樹脂黏結劑產品特性 在鋰電池集電體材當中，也有田屬箔粉、新日鐵住、住友輕屬等展，今以田屬箔粉展出相關新產品較受注目，該公司在本次展會展出因應未新型正負極材用高強電解銅箔 Type A，強調高溫下仍保持高強，且可承受矽合/錫合負極材的體積膨脹問題。雖然筆者認為此項技術仍然需要實際進生產電池芯測試後方可確認，但也可看出鋰電池相關材廠商晚近配合能密提升研究下，對於銅箔的高強要求在未仍會持續提高。此外，田屬箔粉在展場上也展出 2010 業界出現的表面開孔型銅箔，開孔可進任意設定(最大開孔 65%)配合電池特性，廠商已經小銷售給鋰子電容器、鋰電池、電雙層電容器 EDLC 用集電體。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)3 圖三、田屬箔粉展出之次世代高容鋰電池用高強銅箔圖三、田屬箔粉展出之次世代高容鋰電池用高強銅箔 在會場上另一較為特殊的展廠商種，是進電池再生回收的廠商，包括Japan Battery Recycling Center(JBRC)、Battery Reuse System 西日本、Umicore 等廠商。長久在日本進充電電池回收的 Japan Battery Recycling Center(JBRC)，日本自 1991 開始出現再生資源用促進有關法後，在 2001 四月實施的資源有效用促進法以及廢棄物處法當中，明包括鎳鎘、鎳氫及鋰電池作為產業廢棄物回收標的。主要透過廣佈全國的 3C 用品販賣商店、商店、超市鎖等體系，以及廠商和其他地方性團體等回收各項電池，再由 JBRC 繫將電池回收載運至業者處進處。到 2012 10 月底為止，與 JBRC 回收體制的廠商有 287 家，在 2011 共回收 1,295 公噸之小型二次電池，其中鎳鎘電池占 896 公噸。超級電容器(Ultracapacitor、Supercapacitor)屬於儲電裝置當中，介於二次電池與電容器間的產品，目前在市場上以 EDLC 商品化時間較早(1968)，且市場規模較大。美國廠商 Maxwell Technologies 在本次展會中展出其相關 EDLC 產品，以中大型市場產品為主。廠商表示，目前除單獨銷售 EDLC 以外，也提供模組化的產品，此外也提供結合其他電池、電動裝置之整合系統設計，由汽動應用、電動公、航太科技應用、電電子等作為四大應用市場。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)4 圖四、圖四、JBRC 目前現有會員一覽目前現有會員一覽 圖五、圖五、Maxwell 相關大功相關大功 EDLC 產品產品 為期 3 天的東京國際二次電池展，正值開期間，各國際廠商均趁此機會會面確認供應鏈搭配況與本營運合作各項計畫，可是業界最重要的展會，集最新日本技術與商品化動態之大成。從展會中觀察 2013 的產業前景看，由日韓中三國為先國家的全球鋰電池產業，呈現三國分下各有同發展佈局的特性，其中又以日本產業結構體系最為完整，研發與產業結構強成就今日鋰電池材及電池市場頭地位；韓國雖然在材製造與產品品質方面後於日本，但憑藉大財團為主的戰佈局，逐步由終端 3C 產品向上垂直整合電池製造與材生產，也成為日本廠WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)5商的主要競爭對手與研究對象；中國大發展時間最晚，但仰賴原礦資源豐富、市場地緣優勢、業內主要本土業者支持等發展優勢，用大型集團帶動投資鋰電池材產業熱潮。三國各擁優勢致發展下，使鋰電池產業呈現高集中與主要生產國家高自製大特性，成長性預也將維持穩定成長方向。PV EXPO 2013 會場會場 台灣廠商再巡台灣廠商再巡 持續前天的觀察，在 PV EXPO 2013 展場，有幾家台灣業者展出有關太陽電池材之研發成果。其中永光化學展示與國內大專院校共同開發之高效染敏化太陽電池材YD2-o-C8。根據永光化學的明，學校實驗室已驗證出YD2-o-C8，可製作出轉換效超過 11%之染敏化太陽電池。圖、永光化學展示高效染敏化太陽電池圖、永光化學展示高效染敏化太陽電池 YD2-o-C8 材材 嘉貿光電則展出用超音波銲接之無鉛 Al ribbon，此產品將應用於無法高溫焊接之 CIGS 電池上。另外，還展示背接觸矽晶太陽電池用含銀之錫膠、LED 及觸控面板上使用的導電銀膠，以及助銲劑等材。宇葳科技展示三種太陽能背板材(EPP、CPP、PP)，這些材目前皆已提供國內外各大 PV 模組商使用。佳光能發表追日系統(PV Tracking System)，依同產品應用的太陽能模組規格，推出 PV、HCPV(High Concentrating Photovoltaic)、CSP(Concentrated Solar Power)單雙軸追日系統，目前以歐、美、日與中東等先進國家為主要外銷市場。台灣先能展示可攜式環保型燃電池發電機、環保型燃電池動電源。而台達電則在本次展覽展出包含最新產品 30KW 併網型太陽能逆變器、耐鹽霧之 PV module(針對日本環境所設計)及蓄電裝置等多項產品。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)6台灣製作非晶矽太陽電池模組的旭能光電，與日本富士電機共同開發可攜式燈具模組，旭能光電將富士電機所製作的非晶矽太陽電池，透過燈具封裝設計，製作成極具特色之產品-EZ SOLAR LAMP，並在展覽現場販賣。據云，該產品充電小時即可放電五小時，充放電至少可超過 2,000 次。其他其他 PV 特色展品介紹特色展品介紹 日本 SPHELAR POWER 公司在展場展示球矽晶太陽電池，其電池發電原與傳統矽晶太陽電池相同，差在於矽晶電池受光面僅為正表面，球型電池則為全表面。SPHELAR POWER 公司將其設計成高穿透性透光模組，可作為幕等商品，兼具發電及遮陽效果。在攤位上，還有設計在織布、箱及安全帽等民生用品的產品展出。圖七、圖七、SPHELAR POWER 公司發表建材一體之球矽晶太陽電池模組公司發表建材一體之球矽晶太陽電池模組 另外，日本 Nippon Electric Glass 展示多樣技術先之玻璃產品。其中最受矚目的是世界最寬的 Glass Ribbon(20mm)以及世界最薄的 Glass Ribbon(4m)。另展出 FTO 鍍膜玻璃基板，其功用是阻擋 UV 光避免元件化，目前產品應用在染敏化太陽電池。此外還有超薄型輕曲面鏡，此產品具有輕、高反射(波長選擇性反射)、可撓性以及高平坦表面等特色，未構想是應用在太空發電系統上。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)7 圖八、圖八、Nippon Electric Glass 展示世界紀展示世界紀 Glass Rippon 韓國 LG 子公司 LS industrial systems 此次展出親環境、高效之水上太陽光電系統設計。LS 認為水上太陽光電系統相較於上裝置，具有卻效果，發電效能將提升 10%；水上太陽光電系統大面積阻擋太陽光直射海面，將減少藻之產生，可改善水質；水上系統構造體並將提供魚產之環境。圖九、圖九、Nippon Electric Glass 展示世界紀展示世界紀 Glass Rippon 從專門技術研討會看電池材發展從專門技術研討會看電池材發展 主辦單位每心規劃的研討會常成為吸引人潮的重要因素之一。Reed 公司對於研討會的主題內容，係由各域專家組成委員會後，選業界最關心的議題，或迫面的課題，作為安排研討內容的依據。今在二次電池方面，幾場演講非常彩，皆呈爆滿現象。茲舉其中三場有關材的演內容摘如下，供大家考。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)8在隔膜方面，主辦單位邀請到 Toray Battery Separator Film Co.,Ltd.的 YAMADA 先生明最新發展趨勢。隔膜製程可分乾式與濕式種，全球供應出貨現況以濕式佔約 65-70%。均一性好及具備高機械強是濕式製程的優點；而成本優勢則以工法單純的乾式製程勝出。圖十、隔膜的功能特性圖十、隔膜的功能特性 YAMADA 先生認為，高安全性及高可靠性的鋰電池需求對於位居正負極之間，扮演隔功能的隔膜，應具備如下幾個特性:1.具均勻性的微孔分佈(分佈集中的微孔半徑約 0.01-0.1 um)，2.高機械強及 3.高電壓的分解性(PE 可耐電壓超過 2kV 20 mic)。如此才能預防當電池發生短或出現正常態時，可使電池作動，避免溫上升而引發多危害。再則，為促使子容遷移功能，具高滲透性、均勻性的微孔分佈及優的化學穩定性則有助於防止非一致性的電化學反應現象出現。建子傳輸 short down 機制功能，當電池過充電時，較低溫的 short down 機制可以安全的阻止子的傳輸。此機制特性可以 1.在 130快速關閉微孔、內阻可達 106。Cm2及超過 180時內阻可持續維持。2.均勻性的微孔分佈。對於未相關技術發展應用趨勢，YAMADA 先生認為鋰電池特性要求高能密型者需要厚薄、高滲透性的隔膜。高功型需要高滲透性的隔膜。大尺寸型(儲能)則需要厚薄、高滲透性的隔膜。對於防止 thermal runaway 而要提高安全性及可靠性，需要有較低溫的阻斷功能、較高的熱阻及較低的熱收縮(如陶瓷或高分子熱阻隔層)。YAMADA 先WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)9生介紹 Multilayer Co-extrusion Technology 具有較高熱阻性。當溫達到 135時快速關閉微孔，1 95時尺寸完好無缺。圖十一、隔膜較低溫的阻斷功能特性曲線圖十一、隔膜較低溫的阻斷功能特性曲線 關於電解液的添加劑部份，UBE Industries,LTD 的Koji Abe先生認為，Li Salt+Cyclic Carbonates+Chain Carbonates 是基礎的電解液。當加入適當的添加劑時才算是功能性電解液，並且強調高純的重要性。當電解液純高時，經過長時間由於氟酸的形成會使得電解液變色。圖十二、同純電解液隨時間增長與氟酸形成之曲線圖十二、同純電解液隨時間增長與氟酸形成之曲線 Koji 先生明正極與負極各有所適當之添加劑。早期 soft carbon 為負極時WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)10以 PC 為主要溶劑，因其具有高導電性；之後進入高容材使用 graphite 為負極時以 EC 為主要溶劑。而此階段的電解液 Koji 先生認為是一般性電解液。當使用高純的電解液及添加劑，使得負極材表面形成保護層並有於鋰子嵌入及嵌出。此為 CTL(Controlled Thin Layer)的概。正極以 ECM(Electro-Conducting Membrane)概，在正極材表面形成好導電保護膜。另外，Koji 先生也強調未電解液技術將是鋰電池性能的決勝點。圖十三、負極材表面形成保護層機制圖十三、負極材表面形成保護層機制 圖十四、正極材表面形成保護層機制圖十四、正極材表面形成保護層機制 有關黏結劑部份，ZEON 公司的 Yasuhiro 先生強調黏結劑的功能在製程中會影響電池性能，如下圖所示，當塗佈過程有均勻現象時，極板乾燥後會形成厚均的電極，當組成電池進電化學反應，會是循環壽命及安全性的影響因素。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)11 圖十五、黏結劑經塗佈製程對電池之性能影響圖十五、黏結劑經塗佈製程對電池之性能影響 負極材的黏結劑有水系及有機系種，材皆為高分子。水系黏結劑與增黏劑併用(固含 30-50 wt%)，市場現在大使用，在還原氣氛下電化學性穩定，缺點是漿製備有難。有機系黏結劑(固含 8-14 wt%)在還原氣氛下分解，優點是漿製備容。正極材的黏結劑有水系及有機系種，材亦皆為高分子。水系黏結劑與增黏劑併用，市場現在大使用，在高溫下循環壽命較佳，缺點是漿製備有難。有機系黏結劑承受高電壓特性弱，優點是漿製備容。Yasuhiro 先生明次世代電池的正極表面有塗覆功能性黏結劑，將有效提升高溫保存特性。圖十、正極表面塗覆功能性黏結劑示意圖圖十、正極表面塗覆功能性黏結劑示意圖 WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)12 圖十七、正極塗覆功能性黏結劑高溫保存特性圖十七、正極塗覆功能性黏結劑高溫保存特性 從基調演講看全球氫能與燃電池發展從基調演講看全球氫能與燃電池發展-美國能源部美國能源部 FC 技術局長演講摘技術局長演講摘 第二場基調演講由美國能源部(DOE)燃電池技術局長 Dr.Sunita Satyapal主講。首先，她回顧美國能源部之氫氣與燃電池計畫，重申歐巴馬總統對能源之重視，並強調能源部長 Steven Chu 以及能源效與再生能源主管皆認為氫能與燃電池為能源域重要項次之一(雖然2009朱部長上任之初曾誤判氫氣與燃電池之重要性，一大幅刪減相關預算，但隨即遭致專家抗議而再追加預算回相關研究)。藉由早期基市場之導入，主導燃電池跨域應用之技術創新及前瞻技術之建。分析 20022011 美國潔淨能源相關專，燃電池申請之專遠超過其他能源技術，而燃電池專分析則顯示，美國仍是研發實堅強、技術創新之專盟主(佔 46%)。依序則為日本居次(佔 31%)，德國與韓國並第三名(各佔7%)，第五名為加拿大(佔3%)，台灣則與英國及法國平分秋色(各佔 1%)。由專分析顯示，燃電池技術大國非美日莫屬，者技術遙遙先全球。如圖十八所示。Dr.Sunita Satyapal 也分析全球燃電池之市場。燃電池主要商業化之應用市場為運輸工具之動、定置型電、輔助電、備用電及可攜式電。她認為未 1020 全球燃電池之產值將大幅提升，其中定置型燃電池市場將達 140310 億美元/，可攜式燃電池市場約為 110 億美元/，而運輸用途之燃電池則有 180970 億美元/之市場潛，因此預估 2020 前美國將會因燃電池技術之產業化而新增 18 萬個新工作，至 2035 將可增加 65 萬個就業機會。相關概況如圖十九所示。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)13 圖十八、燃電池專分析圖十八、燃電池專分析 圖十九、燃電池市場概況圖十九、燃電池市場概況 DOE FY2012 投入氫能與燃電池之經費為 103,624 千美元，較 2011 成長(98,000 千美元)，各項經費編如下表所示。FY2013 預算雖尚未決定(2013.03 決定)，但可能之預算經費約為 80M104M 美元。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)14 圖廿、美國在氫能與燃電池之預算投入情形圖廿、美國在氫能與燃電池之預算投入情形 另外，燃電池成本在 2012 已至 47 美元/KW，較 2008 減少 35%，亦較 2002 減少 80%，2017 的 30 美元/KW 目標已相距遠，因此 DOE將會持續投入研發，減少白負載，並達成 5,000 時之耐久性目標。圖廿一、燃電池生產成本變化情形圖廿一、燃電池生產成本變化情形 WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)15至於產氫技術，DOE 規劃現在2015，集中式產氫技術仍將以天然氣重組技術為主(500,000kg/day)，至於分散式產氫技術(產氫(1,500kg/day)則著重在天然氣重組技術及電解產氫技術種。20152020 管是集中式產氫或分散式產氫，皆將開始導入生質產氫技術，而 20202030 集中式產氫將導入煤製氫技術及高溫電解產氫技術，氫的目標價為 24 美元/ggeH2(請考圖廿二)。目前美國氫氣產達 9MMT，使用中之氫氣管總長超過 1,200 miles，全美目前建置之加氫站已超過 50 座。圖廿二、圖廿二、DOE 之產氫策之產氫策 在技術進展中，DOE 計畫在 Orange County 展示全球第一座熱、電及氫氣三項共生系統(CHHP)，效達 54%。Dr.Sunita Satyapal 強調，2012 Super Storm Sandy 襲擊美國東岸，造成 10 州 25%電信塔(基地台)停止運作，很多颶風過後才失效之電信塔在電網電恢供應前即因二次電池沒電或柴油用盡而造成備用電源也停止運作。因此，未如果導入燃電池應用於緊急備用電，將可確保電系統運作正常化。Dr.Sunita Satyapal 同時也在演講中提供 DOE 國際合作計畫給與會人士考，希望藉由各國跨域合作，提升燃電池相關技術，並加速產業化之進。結合燃電池與氫氣邁向永續之能源系統結合燃電池與氫氣邁向永續之能源系統-NOW Dr.Klaus Bonhoff 演講摘演講摘 WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)16基調演講壓軸的是德國 NOW GmbH National Organization Hydrogen and Fuel Cell Technology 之 Managing Director Dr.Klaus Bonhoff 演講，其演講主題為Towards Sustainable energy system with Fuel cells and hydrogen(結合燃電池與氫氣邁向永續之能源系統)。Dr.Klaus Bonhoff 在演講中指出，因應德國 2022 全面廢核以及 2050 CO2排放為現階段(2010)的 50%之節能減碳目標，德國全投入再生能源及各種新能源技術之開發，而燃電池及再生能源產氫技術是整合型永續能源系統之重要關鍵技術，有關交通運輸工具排碳目標，將仰賴使用再生能源製氫的燃電池自動，才能達到目標。因此，NOW 遺餘的推動燃電池商業化，積極建構德國之加氫站及基礎設施。目前 Clean Energy partnership 已完成 16 座加氫站(Hydrogen Refuel Station，HRS)之建置，(各加氫站座地點如圖廿三所示)，同時並驗證加氫站及氫氣之安全性、燃補充標準制定、氫氣供應鏈測試、以及氫氣儲存及壓縮技術之驗證。德國在 2015 前將再投入四千萬歐幣完成在德國全國各地建 1550 座加氫站，以建構完整之加氫站及基礎設施，已完成德國全國之氫能公目標。潔淨能源盟並投入在氫氣充填技術、氫氣品質、氫氣計測試及加氫站之洩檢測技術之研究。圖廿三、德國加氫站設置座地點圖廿三、德國加氫站設置座地點 WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)17Dr.Klaus Bonhoff 同時亦揭 2013 德國預計投入 5 億 7 千萬歐幣(其中386.407 千歐幣審核通過，而 120.793 千歐幣尚在討中)，開發氫氣與燃電池相關技術，各計畫經費分配如圖廿四所示:。圖廿四、德國投入氫氣與燃電池開發所投入的計畫經費配比圖廿四、德國投入氫氣與燃電池開發所投入的計畫經費配比 目前全球各大廠紛紛加入德國clean energy partnership(CEP)之FCV隊進場域測試，其中包含 80 部 Dailmler B-Series F-cell、20 部 Opel Hydrogen4、8部 Volkswagen Touran,caddy,Tiguan HyMotion,Audi Q5-HFC、5 部 Toyota FCHV及 7 部 Fuel cell Bus(Evobus,in Hamburg)，而韓國 Hyundai 最近也加入 CEP。由於德國政府及各單位積極導入氫能及燃電池商業化教育，在一項最新調查結果顯示(2013.01)，77%民眾認同鄰近加氫站居住性較一般加油站居住之憂慮性為高之意，而 89%民眾認同一旦氫能銷售，氫能將是安全之調查意，其結果顯示德國民眾對於氫氣能源及燃電池之接受極高。而在國際合作上，2013.1.28 Daimler AG、Fort Motor 及 Nissan Motor 在德國 Stuttgart 簽下三方協定，共同推動 FCEV 之商業化。而 2013.1.24 BMW Group 也與 Toyota Motor 在日本名古屋簽下深合作協定書，將雙方將在 Sport Vehicle、Sustainable Mobility 及輕化技術上長期合作開發。顯示德日廠摒棄過去門戶之，敞開心胸互相合作，以加速燃電池之商業化及達成碳排放之目標。為確實達到碳排放之目標，德國亦積極導入用風發電之電產氫，同時借重日本在 CHP 推動之策，也同步展開 Fuel Cell CHP 之補助，以建構 Fuel Cell 為分散式能源之一環。WorldSmartEnergyWeek2013系列報導(三)18綜合此屆國際氫能與燃電池展覽會之基調演講，顯示燃電池技術大國-日、美及德國推動 2015 導入燃電池商業化及氫能為新能源之決心變，而為加速 2015 之目標達成，各國政府早已積極展開密之合作計畫，而各大廠也正式攜手合作，希冀 2015 能正式導入燃電池商業化，而其中成功的最關鍵因素即是氫氣之基礎建設及安全法規。因此，各國政府也積極投入氫氣之基礎建設。相信 2015 燃電池商業化在各國政府及各大廠積極推動下，一定會美夢成真，且讓我們拭目以待吧。圖廿五、主辦單位圖廿五、主辦單位 Reed Exhibition 公司田中局長公司田中局長(右右)及及 國際推廣處處長大道雪國際推廣處處長大道雪(左左)期待再相會期待再相會 材世界網編輯群一三天在包含 PV EXPO 2013、Battery Japan 2013、FC EXPO 2013、ECOHOUSE&ECOBUILDING EXPO、Smart Grid EXPO、Wind EXPO、PV System EXPO、ENETECH Japan 等八大展同步登場的 World Energy Week 2013 現場為國內者提供第一手的採訪報導。除希望藉此讓大家對此國際能源大展會有進一步的解與認之外，也希望透過編輯群的親自觀或訪談，提供大家最新的產品與市場資訊。多詳盡、深入的報導內容將刊登在 4月號的工業材雜誌，請關心最新能源議題的朋友千萬別錯過。以上是材世界網/工業材雜誌編輯群學/孫文檠/黃裕豪/蔡端/曾寶貞自東京 World Smart Energy Week 2013 的現場 Life 報導。