World Smart Energy Week 2016東京現場直擊系列報導二

刊登日期:2016/3/4
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呂學隆、孫文檠、曾寶貞

大咖參展踴躍 Battery Japan有看頭
評估一項國際展會是否具有重要性與代表性,觀其產業相關生產廠商的參與展覽積極程度,往往為重要的衡量指標。作為業界中主要產業活動的Battery Japan即具備此一吸引主要廠商參展或投入技術交流活動的魅力。2016年的展會,包括LG化學、AESC、豐田集團旗下PEVE、Hitachi、FDK、億緯鋰能等鋰電池廠商,以及其他如Furukawa Battery、住友電工等大廠均積極參與,尤其值得一提的是,今年首次有AESC與豐田集團旗下PEVE這兩家業界影響力深厚的動力電池廠商參展,更成為各方討論的焦點。

AESC全名為Automotive Energy Supply Corporation,為Nissan出資 51%、日本電氣佔股42%、NEC Energy Devices出資7%所設立的公司,2007年開始設立時就被賦予專注Nissan動力電池相關生產的任務,2014年銷售額達489億日圓以上。該公司產品系列中最知名者為自2011年底開始銷售之Nissan Leaf純電動車用動力電池,在本次展會中即展出第一代應用於Leaf的現有產品,以及將在2016年底正式換裝的第二代Leaf用動力電池(圖一)。從2011年底累積至今,Nissan Leaf一直是全球純電動車單一車款累積銷售量排名第一的領導廠商,也因此造就AESC的動力電池業務穩定發展。

 
圖一  AESC現有電池應用於電動車狀況與展出之新一代動力電池產品

AESC公司在軟包裝動力電池業務上與LG化學可說是兩大領先者,常有互較長短的情形。另外,公司也同時具跨足電池模組組裝,以及將其電池導入儲能系統、移動式電源、安全防災應用的發展策略(圖二)。由於該公司為Nissan Leaf電池的供應廠商,也成為業界最足以開始討論利用該公司生產電池進行二次利用或回收的公司。該公司今年首度參展,也在現場展出有關於移動電源車(72kWh即以三輛Nissan Leaf之電池新品設計,往後可直接將相關系統設計應用於電池二次利用上)、移動儲能櫃等產品,其中,在移動儲能櫃部分係交由台灣廠商進行模組組裝代工(圖三)。


圖二  AESC於會場呈現之公司電池應用策略與未來技術走向策略


 
圖三   AESC的移動電源車現有規格

國際上少數同時與多家車廠合作動力電池技術的韓商LG Chemical,今年應邀於Keynote Speech中介紹該公司的動力電池技術未來發展方向。目前該公司的動力電池集中於軟包裝型態設計,極板技術採用「Stack & Folding」設計,也因此,相較於同等重量下的其他方形動力電池產品,能夠提供更多的能量密度。

LG Chemical在其動力電池能量密度上已可達成185Wh/kg的重量能量密度水準。其動力電池技術藍圖也區分為HEV、PHEV和BEV三種。在HEV部分,2016年希望實現5.2kW/kg之功率密度;未來則將朝向7kW/kg開發。在PHEV用動力電池規劃中,將會在今年設定達成160Wh/kg的能量密度水準;至2020年時更期望提高錳元素比例(Mn-rich)之三元正極材料,搭配矽-碳複合材料負極,將能量密度提升至190Wh/kg的水準。在BEV用動力電池規劃中,LG Chemical目前達到160Wh/kg的能量密度。至於未來發展上,則期望能進一步將能量密度提升至200Wh/kg的水準;至2020年時的目標值設定為250Wh/kg。

PEVE(Primearth EV Energy)公司的業務範圍包含鎳氫電池與鋰離子電池,另外也投入HEV用電池管理系統的設計與製造工作,該公司是由Panasonic與TOYOTA公司合資設立,也因此,在整個集團定位上係以支援上述兩家公司的動力電池業務為主。因Panasonic本身已有動力電池業務,因此主要支援TOYOTA的HEV用電池生產,至2014年為止,已有超過9百萬輛HEV用電池組的生產與銷售經驗,可說是業界當中混和動力電池用鎳氫電池與鋰電池技術實力最為雄厚的廠商。本次PEVE也是首次參展,在現場展出該公司應用於新一代TOYOTA Prius的鎳氫電池組與HEV用鋰離子電池模組(圖四)。

 
圖四   PEVE設計用於下一代TOYOTA Prius之HEV電池組

在其他廠商部分,古河電池作為日本發展歷史悠久的工業用電池廠商,在現場展出其一系列的工業用電池、鐵道運輸工具用與太空用途相關電池技術。尤其更聚焦在Ultrabattery之上,此種電池一般在技術上屬於鉛酸電池的系統,又被稱為鉛碳電池技術,標榜可達成充電1C、放電1.4C的性能,較過去鉛酸電池性能優異數倍。古河電池展出有關於Ultrabattery之一系列應用,包括電力儲存、風力與太陽光再生能源發電用之技術,且該公司於會場上也提到,此種電池的極板製程可與電容器的製程完全整合,且在0.23C放電下,循環4,500次後仍可保持70%之原有電容量。針對需要較高輸出性能的產品,也可達成在1C放電條件下,循環4千次後仍可保持70%之電容量。此種規格已與鋰離子電池相去不遠,此種鉛碳電池可說是近年鉛酸電池技術當中的下一代開發主題。另外,該公司也展出應用於緊急備用電力之鎂空氣電池、鐵路運輸、人造衛星等電池技術(圖五)。

 
圖五  古河電池展出之緊急用鎂空氣電池、鉛碳電池與衛星用電池

在小型電子應用領域中,其應用範圍廣及智慧型手錶、動力電池、行動電源。如以FDK展出的薄型電池來說,厚度僅0.4mm,壽命最長可達5年,且經過多年發展,已具備可彎折之特性。在會場上也展示該電池技術搭配OLED可彎折螢幕供電,以及作為信用卡安全交易用內建電池之設計。該項技術並獲得歐洲大型銀行發行之信用卡合作使用(圖六)。 


圖六  FDK展出之薄型電池應用於信用卡交易暗碼系統用電

日本住友電氣工業(Sumitomo Electric Industries)在本次展會中則是將擁有長壽命的工廠用氧化還原液流電池(Redox Flow Battery)作為展覽主軸,主要搶攻節能住宅及電動車(EV)市場。液流電池是將不同價態的離子溶液作為正負極的活性物質,分別儲存在電解液儲罐中,通過外接泵將電解液導入到電池體內,使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中迴圈流動。該公司也提到,現在正積極將之前接獲訂單之全球最大液流電池示範計畫---北海道電力用變電所運轉之相關技術進行微調,並且預定在今年年中銷售新一代的液流電池,目前正在該公司大阪工廠與橫濱工廠測試中。

工研院材化所在FC EXPO展出直接甲醇燃料電池(DMFC)發電機
工研院材化所的燃料電池研發團隊與順德工業、新力能源、群翌能源等多家公司以台灣燃料電池伙伴聯盟(TFCP)名義組團參展,將最新研發成果於FC EXPO 016展區展示,吸引相當多訪客駐足(圖七)。


圖七 工研院材化所燃料電池研發成果在FC EXPO 2016展出,吸引人潮駐足

直接甲醇燃料電池(DMFC)發電機,只要加入甲醇即可發電,非常適用於戶外無電網系統、使用電量不大但需長時間使用電力的環境,可做為可攜式備用電源、Off Grid 監視系統電力及休閒露營電源等使用。材化所此回展出多款產品,其中一款Stack輸出功率3W;系統最大輸出功率10W的DMFC發電機將與專精於雲端監測系統開發的安研科技公司合作,應用在野外水壓、水質的監測系統上(圖八)。根據現場的康顧嚴研究員說明,過去需仰賴太陽電池或鉛酸電池供電的系統改用此台3W的DMFC發電機後,只要充填4公升的燃料便可使用3個月以上,之後只要定期補充燃料便可穩定收集監測資料。另外一部3W的發電系統則搭配有攝影功能,可在現場蒐集相關影像資訊後上傳雲端(圖九)。

 
圖八  工研院材化所展示的3W DMFC發電機


 
圖九 工研院材化所展示附有照相功能的另一款3W DMFC發電機,只要在左前方的白色燃料盒中加入甲醇即可即時發電

國際太陽能大廠各自展現高效能電池/模組實力
今年PV EXPO展覽重點在於數家國際大廠紛紛推出住宅淨零能源損耗的解決方案。其中創能的部分是最具關鍵的角色,如何在最有限的屋頂面積,創造出最多的能源,是這次展覽的重點之一。

韓國LG公司去年發表60片320W的超高效能NeON2系列太陽能模組,今年則更進一步,將高效率電池片封裝成不同大小的模組供使用者選擇,包含48-cells單/多晶模組輸出功率250/230瓦,54-cells單/多晶模組輸出功率280/260瓦。另外,最吸睛的就是60-cells雙面電池模組,輸出功率更高達381W,領先業界(圖十)。


圖十  LG推出ZEH解決方案,其中高效能模組是其中最大的技術亮點

擁有全球1.8GW產能的美商Seraphim公司在今年PV EXPO展出新高效能模組”Eclipse Series”。結合電池片金屬電極的優化設計(Busbar-free)以及特殊的模組封裝技術,製作主流市場的60-cell。 19.1%的Eclipse單晶電池片,模組輸出功率達310瓦;17.1%的多晶電池片,模組輸出功率達290瓦。相較於一般市售模組,Eclipse提升了15%的輸出功率,相同輸出功率比較下,Eclipse可節省8%的佔地面積以及安裝人力成本。Eclipse也可大幅降低模組發電過程的熱點效應(圖十一)。

 
圖十一  Eclipse系列金屬電極經特殊處理,因此外觀呈現全面黑色效果

中國上海航天機電(HT-SAAE)也展示了其” Milky Way"雙面電池模組,該公司採用的是N-PERT太陽電池技術。Milky Way模組可應用於1,500V太陽能系統,並可降低BOS高達10%,電池效率達21.0%,60-cell的模組已達到305W的高輸出功率,並有30年的功率輸出保證(圖十二)。 


圖十二  中國上海航天機電展示之高效能太陽電池模組

中國天合光能今年展出的多樣產品,包括適用於住宅型屋頂的高效能、輕量化的"SPACEMAX "系列模組,48-cell可擁有220~230W的功率。既有的DUOMAX雙面太陽電池系列則展出兩款多晶電池模組,60-cell封裝成的模組依客戶需求的透光率,可選擇250~260W與255~265W,最高透光率可達到40%,是專為農地、農舍、溫室等應用而設計的產品(圖十三)。 


圖十三  天合光能展示”DUOMAX”雙面太陽電池系列模組

天合光能另外也展示其他兩款高效能模組,包括增加背板反射、金屬電極粗化來提升50%光電流的”SPLIT MAX”模組,以及高效能PERC結構電池的”HoneyM PLUS”模組等等(圖十四)。此外,天合光能本次也提出整合性的居家能源方案,將太陽能發電作為住宅主要的電力來源,整合了DC整流器與逆變器等相關設備,搭上了日本的ZEH風潮。

     
圖十四  天合光能現場展示兩款高效能太陽能模組

中國晶科能源在本次展會展出全新的“Eagle Dual”系列雙面電池模組(圖十五)。該模組是利用兩片玻璃封裝太陽電池片,為目前市場上最高效、最耐用的一種封裝製程,相較於傳統封裝方式,可提升5W的發電量。”Eagle Dual”有60-cell及72-cell兩款,輸出功率為275W及320W,最高效率為16.54%。

無邊框設計的“Eagle Dual”使用雙面強化玻璃結構,可避免模組的翹曲,大幅降低了“Snail-track”風險,也解決了PID問題,耐化性強。可適用於氣溫高、濕度大、強風及大雪等惡劣環境中,並可廣泛應用於各類型電廠,包括水上漂浮、沙漠公用設施、住宅和商業等。

 
圖十五 晶科能源展出全新“Eagle Dual”系列雙面電池模組

中國比亞迪公司(BYD)展出EVA-free的雙面玻璃模組設計,封裝膠採用不會黃變且光學效果較佳的矽膠材料,但材料成本相對較高(圖十六)。若再結合特殊的24柵線電池電極設計,提高電池效率至18.5%,在市場上仍有極高的競爭力。 


圖十六  比亞迪是展場展出唯一不使用EVA封裝材料之業者

金屬電極材料往低溫化趨勢延伸
德商Heraeus是太陽能金屬漿料的主要生產廠商之一。Heraeus今年展示專為無法承受較高燒結溫度的太陽電池設計的漿料---SOL500系列配方。譬如SOL560設計用於固化溫度需低於200℃的異質結構太陽電池,而SOL530可用於固化溫度更低的有機太陽能電池,溫度範圍為125-135℃。而SOL560可存儲於室溫下,解決使用者需費時解凍的處理過程。(圖十七)
SOL500系列漿料可滿足新的網格和Busbar應用,目前已大幅改善網印效能及具有優異的導電性,並已證明在ITO或其他TCO材料上具有極佳的附著性。

由於日本在太陽能電池的製造上佔全球供應的8%,而安裝量則佔全球總量的18%,因此,Heraeus在此次展會宣告要在日本成立亞洲第三個” Product Modification Lab (PML)”,以因應當地客戶需求,提供即時服務。附帶一提,台灣是Heraeus在亞洲的第二個PML據點。 


圖十七   Heraeus展出技術門檻較高的低溫金屬銀電極漿料

今年的World Smart Energy Week展會除了擠滿東西展館千餘家的廠商展位外,主辦單位邀請產學研專家群精心規劃的200餘場研討會更是吸引業內人士取經與技術交流的重要場域。根據本展會負責人綾部陽一郎事務局長的說明,因為研討會、專題演講等場次太多,以致Big Sight內的會議室不敷使用而不得不將幾場演講移至場外的TFT大樓舉行。此設計雖然讓既要聽演講又要看展的與會者需奔波於途,但也顯現出此場展會內容的豐富程度。有關展會更多的觀察與分析將在下週一(3/7)的系列報導三中呈現,敬請期待。

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Word Smart Energy Week 2016現場的Live 報導。

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