World Smart Energy Week 2016東京現場直擊系列報導一

 

刊登日期:2016/3/3
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呂學隆、孫文檠、曾寶貞

網羅創能、蓄能、省能技術於一堂的World Smart Energy Week 2016綜合展於今天(3/2)在東京Big Sight國際展覽中心隆重登場(圖一)。這場由日本最大商展集團Reed Exhibitions Co., Ltd.主辦的世界最大級能源綜合展今年共有1,430家廠商參展,來自海外的廠商超過750家。Reed集團社長石積忠夫在開幕剪綵致詞時表示,2016年的這場能源展,預計將吸引來自全球的8萬名業內人士進場看展,創造1850億商機。

今年的展會規劃除了原有的二次電池、太陽電池、燃料電池、Smart Grid、風力發電等主題之外,另新推出可望繼太陽能、風力發電之後,成為下一代再生能源的Biomass發電展,展出生質材料發電相關的產品、技術與服務,第一屆推出即吸引數十家廠商參展,看展人潮絡繹不絕(圖二)。

材料世界網/工業材料雜誌協同工研院內的市場與技術專家,將在東京現場,依不同專業領域,從不同角度切入,為國內讀者提供第一手的即時觀察報告。關心能源議題的朋友,敬請鎖定材料世界網(http:www.materialsnet.com.tw)自3/3日起一連三天寄發的電子報和工業材料雜誌的相關特別報導。


圖一 2016年World Smart Energy Week邀請多國大使,與產官學研各界領袖共同為展會開幕剪綵


 
圖二 Biomass發電展首度推出即吸引人潮,排隊報到看展

 

國內電池業界在台灣電池協會(TBA)號召下,計有昇陽國際、台塑、佳百裕、菲凡能源等十餘家公司組團赴日參展。以台灣圖像與國旗設計而成的台灣館識別標誌在二次電池展區非常醒目耀眼(圖三)。另外,特別值得一提的是,TBA在所有Taiwan標誌下方特別感謝日本各界此回對南台灣震災的募款援助,相對於日本多年來始終不忘台灣對311捐款的感恩,台灣電池業界也在此回的展會現場表達了台灣對日本的感謝之意(圖四)。


圖三 台灣館亮眼的國旗與台灣造型識別設計,在二次電池會場非常醒目

 
圖四 電池台灣館特別感謝日本各界對南台灣震災的援助

昇陽國際積極參展 搶攻日本市場
國內專精於磷酸鋰鐵電芯研發及製造的昇陽國際公司今年在總經理吳伯志領軍下,第七度參加Battery Japan展會。昇陽公司從2006年起即專精致力於40138磷酸鋰鐵電芯的研發及製造,目前已成功將電芯容量由9安時(Ah)提高至18安時(Ah),能量密度可媲美鋰錳電芯的150Wh/Kg,安全性能優於鋰錳電池,壽命更為其四至五倍以上,未來將在電動車市場嶄露頭角。另外,2015年成功量產40155磷酸鋰鐵電池,主推高容量的儲能應用。電芯容量為20安時(Ah),能量密度達160Wh/Kg,已居鋰電池同業中的領導地位。

此回昇陽在現場展出已通過日本UL S Mark認證的「48芯(48 cells)標準電池組」及榮獲台灣精品獎的「24芯(24 cells)標準電池組」(圖五~六)。前者除適合用於一般家庭或企業用之儲能系統之外,亦適用於4G通訊基地台及雲端之機架式中大型不斷電系統。若與綠能系統結合,更可做為太陽能及風能之儲能系統使用。「24芯標準電池組」則為鋰鐵電池新一代創新的科技產品,完全不含有害環境物質,且電池芯本身不爆炸、不起火、非常安全,具有高容量、高功率、高安全及長壽命之特性,是目前業界最先進且環保的電池,也是節能減碳的首選。另外,現場也展示一部手推車式移動電源,可以用太陽能面板或市電充電,兩組AC100V輸出,附有USB充電座,已經在日本市場推出,並獲得不錯的回應。預計今年會有很好的訂單量(圖七)。

昇陽公司從2010年第一屆日本電池展開辦起即積極參與,參展效益相當亮眼;2014年起取得日本市場客戶的認可,並逐步展現實績。目前已與日本前三大鉛酸電池廠合作,完成送樣及測試,確認合作並進行實際的銷售。

吳伯志表示,昇陽對於日本儲能市場的發展吻合公司對於鋰鐵電池生產銷售的既定目標,日本市場的開發可謂「水到渠成」,並將成為昇陽電池最重要的銷售區域。該公司將以定置型儲能為主,電動車應用市場為輔,搶佔商機。


圖五 昇陽公司在現場展示已通過日本UL S Mark認證的「48芯(48 cells)標準電池組」


 
圖六 昇陽榮獲台灣精品獎的「24芯(24 cells)標準電池組」


 
圖七 昇陽展示之手推車式移動電源

受日本政策影響  太陽能下游應用夯
2016年World Smart Energy Week展會由九大能源展組成,其中PV EXPO為世界四大太陽能展會之一,也是日本最大的太陽能展。實際走訪會場可以發現,今年PV EXPO廠商展出攤位似乎相較以往減少,但在太陽能系統施工展的部份則展出廠商明顯增加,顯示日本市場隨著政府降低11% 的上網電價補貼 (Feed-in Tariff; FIT)減免以及結束商業太陽能裝置稅收減免等能源政策的實施,讓今年的參展業者從過去以衝高太陽電池及模組效能為主,轉移至下游系統應用,而應用市場方面也從商用太陽能裝置轉換成住宅用太陽能裝置。
       
夏普展出住宅用" BLACKSOLAR"系列太陽能電池模組和雲端電池儲存能源系統

正當台日兩國高度關注撲朔迷離的"鴻夏戀"議題之際,夏普今年依然一如往昔,推出許多領先業界的多項產品;現場展出住宅用超高效能" BLACKSOLAR"系列太陽能電池模組和雲端電池儲存能源系統,並提出了家庭能源解決方案,由蓄電池結合消費電子以實現”零耗能房屋”目標(Zero-Energy House;ZEH)。ZEH住宅的條件,包含外牆與窗戶隔熱的方法、空調/照明設備/暖氣等節能設備條件以及太陽能發電容量的條件等。夏普根據此條件現場展示了如下幾項產品:
1 、住宅用太陽能電池模組”BLACKSOLAR”,結合了高效能的黑面太陽電池、背接觸電池結構封裝技術以及達到ZEH的模組設計。更吸引人的是夏普推出可放置在易下大雪區域的模組邊框設計,此模組預計今年四月開始販售(圖八)
 


圖八 夏普展示ZEH太陽能模組設計

2 、夏普雲端電池儲存系統具有逆變器及蓄電池複合功能,容量為4.8 kWh及9.6 kWh.。同時結合太陽能發電及住宅能源管理系統(Home Energy Management System ;HEMS),更進一步提出家庭的能源解決方案,展場展示長期與蓄電池合作的消費類電子產品。譬如,可利用蓄電池在電源故障的情況下進行操作的“緊急對應冰箱”以及獲得2015年日本節能大獎“評委會特別獎”的“直流混合空調”等(圖九)

 
圖九 夏普現場展示家庭能源解決方案,其中會與人對話及做出各種動作的小機器人最吸睛。得到使用者指令後,即透過雲端操作遠端消費電子產品

Panasonic提出PS(Push & Slide)簡易施工方案
簡易PV Module施工也是本次展會的重點之一。日本Panasonic提出PS(Push & Slide)施工方案,相較於現行需近五小時的Module安裝時間,PS工法僅需約一半的時間,可大幅縮短安裝成本(圖十)。 


圖十  Panasonic現場展示簡易安裝的PS工法

Panasonic今年亦提出高效能HIT結構太陽電池模組方案,其中最大的亮點就是Panasonic將HIT電池結構結合至背接觸結構太陽電池上,並進行製程優化。模組電池轉換效率從原先的22.8%,大幅提升至23.8%,此結果已獲得日本AIST的認證。雖然這僅是實驗室研發成果,但足以拉開與競爭者的技術水平。而其他的高效能模組還包含僅需35片即可達成10kW發電量的電廠方案,以及可直立設計的Bi-facial電池模組方案等。Bi-facial電池模組放置在雪地及大樓圍牆,發電狀況更為優異(圖十一)。

 
圖十一 Panasonic發表72片超高太陽電池模組成果

Panasonic也提出創能、蓄能及省能概念,並提供自給自足的能源方案。因此展會中多樣能源相關產品,包含可同時充放電的創蓄連攜系統(5.5kW的太陽電池模組、11.2kWh的蓄電池)、HEMS各類消費型電子產品。可透過手機的軟體監控,了解住宅內各項電器的電力使用狀況,達到電力管理的目的(圖十二)。


圖十二  Panasonic發表HEMS各項消費電子產品

 

Hanwha Q CELLs首次展出“G2G Q. PEAK-G5”原型模組
韓國Hanwha Q CELLs首次推出利用該公司過去高效能的多晶矽太陽電池(Q.ANTUM)製程技術開發的“G2G(glass-to-glass)Q. PEAK-G5”原型模組。G2G模組是利用第二片玻璃進行封裝,而不是常規的背板材料。此結構加強了模組的強度和耐久性,目前60片電池得到多晶模組業界最高的發電瓦數305W。Hanwha Q CELLs希望透過展會的展示,能夠將高效能模組推進日本住宅用電力系統,因此,與夏普一樣,推出住宅用能源方案,包含不同容量的蓄電池、逆變器以及HEMS周邊電子產品等(圖十三)
 

 
圖十三 Hanwha Q CELLs展示各種住宅用發電系統設備

杜邦發表最新一代的正面銀導電漿料-Solamet PV19B
美商杜邦發表最新一代的正面銀導電漿料-Solamet PV19B,這項產品將太陽能電池效率提升達0.1%以上。Solamet PV19B結合優異的金屬接觸性能,實現更好的高寬比的細線印刷能力以及可印出更細緻的柵極(Finger)。另外,Solamet PV19B還具備優異的透墨性,可進行快速印刷,大幅提升產能達36,000片/天(圖十四)。


圖十四 杜邦展示功能性更強的正面銀電極漿料

杜邦透過上下游合作,與台灣元晶太陽能(TSEC)合作高效能E系列太陽能模組。元晶驗證杜邦Solamet PV19B導電漿料,已將電池轉換效率提升到18.7%以上,60片多晶矽電池模組的輸出功率可達270瓦。在高功率模組部分,元晶採用杜邦Tedlar聚氟乙烯(PVF)薄膜製成的背板,經實際測試可在各種氣候環境條件下,通過超過25年的長期可靠性驗證。美商REC公司也採用杜邦的背鈍化電池技術專用正面銀漿Solamet PV76x系列材料,驗證出高效能太陽能模組。
杜邦另外還發表應用於太陽能系統的產品,包括難燃/高機械強度的熱傳導性樹脂、適用於地面型安裝系統的杜邦 Xavan防雜草生長織物以及Nomex MHP電弧防護衣等(圖十五)。


圖十五 杜邦提出PV Module安裝於戶外,防雜草生長的材料方案

Battery Japan 2016作為電池產業開年的第一項國際產業活動,展會維持一貫風格,向來是國際二次電池產業提出新技術與交流本年度技術市場等規劃的重要時刻。今年的展會有多家新廠商加入,呈現其公司最新技術與產品。攸關電池技術開發最重要的電池材料方面,除正極材料、負極材料、電解液、隔離膜等四大材料外,包括集電箔、鋰鹽與黏著劑等均有國際級廠商參展,也發表相關新技術。其中在本次展會的電池材料展出上較引人注目的是在全固態電池的相關技術展出,以及有關正負極黏結劑廠商的新技術之上。

電池材料技術在電池技術需求出發點上推陳出新
以電池材料中影響性能與成本結構最重要之正極材料而言,近年持續朝向能量密度提升發展,無論是消費性電子產品的需求,或是為求取得更多補助而積極提升車輛續航力的電動車市場,都將提升能量密度所期待發展的擴大電壓操作區間與提升克電容量材料技術作為發展目標。此趨勢也反應在本次參展的展出內容上,如過往積極投入NCM三元系材料的韓國廠商ECOPRO,在本次展會上首次發表其NCA(LiNiCoAlO2)產品。該公司年產能為5千噸,早期是藉由3M之三元材料授權的合作而在NCM三元材料上發展,但作為長期與Samsung SDI合作之正極材料廠商,其NCA相關材料並未對外界公開,在2013年時NCA是因Tesla採用下造成應用於動力電池的研究風潮,目前已有包括住友金屬礦山、日本化學產業、戶田工業、JFE Mineral、BASF、日本金屬礦業等廠商供應成熟產品,ECOPRO長期與Samsung SDI 配合下,也逐步改善其NCA正極材料技術。該公司本次展出之NCA材料可分為三款,首次發表的NCA034系列將鎳金屬的含量比提高到85%以上,能量密度可達210mAh/g,體積能量密度可達750mAh/cc,若真如公司展會上所言的量產在即,應可吸引不少動力電池廠商進行測試合作(圖十六)
 

 
圖十六  ECOPRO展出之NCA材料性能與規格現況

 

針對動力電池現有使用之三元系正極材料,ECOPRO也展出其擅長的CSG(Core Shell Gradient)設計,展現了更好的電化學性能:小電流下(截止到4.3V)可釋放200mAh/g以上的容量,全電池1000次cycle(截止到4.2V)可保持容量90%以上,ECOPRO認為梯度三元系材料設計可以降低表面鎳含量,可降低材料對濕度的敏感性,提高材料的循環性能(圖十七)。

 
圖十七  ECOPRO公司之CSG梯度正極材料設計

在負極材料的部分,包括昭和電工、日本黑鉛、Kureha、CONNEXX、大阪鈦科技等均有相關發表或展出。此項材料技術近年的重點可說是放在矽負極應用之上;昭和電工目前主要負極材料出貨在其人造石墨SCMG系列產品,本次除針對該產品介紹外,也在技術講演中發表該公司的SCMG產品,在作為天然石墨改良時混合SCMG的一系列壽命改善效果,另外也提出對於新一代石墨材料的粒徑技術方向似乎有朝向小粒徑便於後續加工或混和的趨勢。Kureha在展出其硬碳負極材料的同時,也呈現硬碳直接與其他碳材料/高分子電解質共混時的產品性質。CONNEXX所展出的負極材料,在極板生產測試時也能達到1,200mAh/g的實測能量密度。大阪鈦科技則比較市面上現有矽負極材料的性能與優缺點,該公司是在其矽負極粒子上包覆一層8~10nm厚度的碳材以改善矽負極導電性不佳之問題,同時提昇矽負極顆粒本身的均一性,目前在AIST測試搭配鋰鐵正極時也初步取得良好的循環壽命反映結果,符合目前在負極材料技術上聚焦矽材的產業發展方向(圖十八)


圖十八  CONNEXX 展出之矽負極產品

電解液近年來的技術發展方向主要轉移到為提高電壓、減少脹氣問題與低溫放電特性所衍生的添加劑開發技術上,另外因2015年鋰礦相關供應出現失衡現象,所衍生的價格飆漲問題也使鋰鹽相關供應廠商的動向受到注意。在本次展會上,部分鋰資源開發廠商如Rockwood-Chemetall(ROC)以及美國FMC、天齊鋰業、四川國潤等均有參展,討論時多提到現有的價格飆漲狀況已逐漸趨緩,對於2016年後續的正極材料、電解液生產上將改善缺料的問題。材料廠商如森田化學除展出原有的六氟磷酸鋰等常規產品外,也有被用作添加劑之LiBF4、LITFSI等提出;做為黏結劑供應大廠的Solvay也首次發表其Fluower系列之電解液添加劑,可改善軟包裝電池之脹氣問題,另對於常用之FEC添加劑衍生之脹氣問題也有顯著改善效果,可說電解液廠商多以添加劑作為高電壓電解液、難燃性電解液的技術做法(圖十九) 

 
圖十九  Solvay首次發表其電解液添加劑產品

在電解液體系相關技術中,固態電解質長久以來被視為電池安全性提升的重要技術,在今年的展會現場首次看到日立造船參展,並展出其全固體電池Hitz系列產品(圖廿)。現階段日立造船採用積層方式生產全固體電池,四種規格之產品從10mm圓周到100mm長寬的大面積產品均有;另也有三菱瓦斯化學參展,提出固態電解質3LiBH4-LiI之產品,該項材料是與日本東北大學金屬材料研究所合作,成為少數在固態電池技術中提出將固態電解質作為產品對外推廣之先例(圖廿一)。

 
圖廿  日立造船展出之全固體電池

  
圖廿一  三菱瓦斯化學展出之3LiBH4-LiI固態電解質產品

至於隔離膜部分,參與本次展會的國際廠商主要有Celgard、佛山盈博萊與滄洲明珠等。Celgard是產業中以乾式製程為主要產品線的代表廠商,向來以中低價格供應市場,2015年由Asahi Kasei併購其電池材料業務後,將在2016年起持續整合雙方資源。由於是鋰電池用隔離膜兩大廠商的合併,對於整體產業動向影響值得關注。佛山盈博萊提出Al2O3/熱阻斷層/PP/Al2O3的四層複合隔膜設計,此種材料也是業界未有相關技術之新產品,標榜可在更低的溫度時開始閉孔阻斷離子通道的作用,且因同時在雙面有氧化鋁塗佈,耐溫性與熱收縮性較其他多層膜為佳。另外,滄州明珠則以其投入濕式PE單層膜之新產線量產產品展出。
在其他的電池材料部份,本次展會在黏結劑廠商的參與程度可說是冠於其他材料廠商;Solvay、Zeon、日本合成化學等均有參展。其中,Zeon針對負極極板用黏結劑的新產品已較公司前代產品進一步減少極板膨脹比例,且在10%之負極材料導入下仍然可以維持100 cycle後90%之電容量。正極黏結劑部分,在高電壓環境下,新產品能夠有更好的循環壽命。另外值得一提的是,因近年導入隔離膜塗佈比例日增,所衍生的隔離膜塗佈用黏結劑也首次被Zeon作為新產品展出相關概念。日本化學產業則展出該公司之複合性水系BVOH黏結劑,應用於負極時同樣能夠保持較佳的循環壽命。另外也有SENKA就該公司在纖維加工的技術累積開發下,與大阪大學合作成功開發出黏結劑新產品等(圖廿二)
 


圖廿二   ZEON展出之正負極黏結劑新產品與前代之改善重點

總和來說,電池材料廠商近年緊跟下游應用市場對電池之需求與技術要求的方向十分明確,因此在原有的消費性電子產品或是晚近崛起的電動車用動力電池市場上均有不同的材料技術取得突破: 正極材料廠商朝向NCA與高能量NCM三元系材料投入;負極材料部分著重於矽負極技術經驗的累積;電解液廠商逐漸將技術重點轉向新型鋰鹽與添加劑技術,但也與正極材料業者同樣面臨晚近碳酸鋰、氫氧化鋰等原礦價格波動的產業特性;隔離膜廠商所投入的技術在減少厚度、導入塗佈技術上幾成主流;為因應未來採用新一代的正/負極材料,所衍生的新一代黏結劑技術都是本次展會上可看到廠商在本次會上首次發表或提出的亮點。

以上是材料世界網/工業材料雜誌採訪團:呂學隆、孫文檠、曾寶貞在東京World Smart Energy Week 2016現場的Live 報導,更多展會相關內容將在明天提出,請持續鎖定。

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